Hilton Hotel, San Francisco, CA, Nov. 12 - Nov.17, 2006
國立台灣科技大學化工系 蔡大翔 教授
Department of Chemical Engineering, National Taiwan Univ. Sci. Tech., Prof. Dah-Shyang Tsai
論文發表
[75b] Electrochemical capacitor behavior of RuO2 vertically aligned rods filled with RuO2•xH2O (poster) -163az
[212b] Structure of Pt/Ir/IrO2tubes and their electrocatalytic properties in oxidation of small organic molecules (poster) – 277e
ICOOPMA2007
國際會議報告 黃鶯聲教授台灣科技大學電子系
Aug. 24, 2007
前言:
AIChE2006 年會在 San Francisco, California 城中鬧區 Hilton Hotel 舉行，十
一月十二日至十七日，這裡是AIChE 學會舉辦年會的經常地點，今年當地氣
候變化大，星期一大雨後放晴，頗增加一些往返會場的不便。今年主要的領域 是生化生醫工程(biological, biomedical engineering)， 奈米材料與技術
(nanomaterials and nanotechnology)與能源(Energy)，才僅僅一年的時間，論文 數目就顯著減少，似乎並不是化工人專長的項目，生化生醫工程論文數目明顯
象較深刻的論文。
論文摘記︰
[36a] A general approach to hierachical carbon - Prof. Lu Yunfeng 從 Tulane Univ
轉到UCLA，他學生講如何用 sucrose 作碳源，或者一步驟或者兩步驟將能以
self-assembled 的氧化矽，作模板，sucrose 裂解成微孔碳(microporous carbon) 或中孔(mesoporous)碳材。方法中氧化矽骨架用 TEOS 為多，偶用 silicic acid，
凝膠化完成後，燒成型，再用鹼或HF 將氧化矽骨架洗除。
[36b] Titania nanotubes as templates for the solar production of H2 – 這是相關於 photovoltaics 方面的研究，試圖利用氧化鈦奈米管，讓光子在材料中多次折射 充份吸收，作為分解水的材料，作者合成氧化鈦奈米管的方法是用電化學沉 積，對於所得到極長的奈米管甚為自負。但似乎沒有必要對此應用使用幾十微 米長的奈米管。
[36c] Effect of Hydrophilic Layer Property on the Activity of Pulse Deposited Pt Catalyst in Pem Fuel Cells – 作者強調脈衝式電流 pulse deposition 參數設定對 MEA 性質的影響 其中脈衝有沉積時間與間隔時間 間隔時間應該要留相當量 才會得到好的脈衝沉積白金效果 另外作者亦強調被沉積的親水性碳 親水性
的適當配合才能得到高比表面積 作者所報告的CV 結果來看是很不錯的
PEMFC MEA。
[36d] Nanostructures for Micro and Miniature Fuel Cells by Template Wetting – 本
文看起來是剛開始利用氧化鋁或氧化矽模板進行Pt、Pd 微結構控制的研究，
所以許多結果都是初步的，另一研究上的盲點，是不論是微奈米管或線，都會 受到微粒子的嚴重挑戰，對於一維材料而言，若是反應催化的應用，只想有高 表面積，是難敵得過微粒子層材料的表現。
[36e] Fabrication of Chalcogenide Nanowire Thin Films for Solid State Energy Conversion – 熱門的 photovoltaics 研究風也吹進 AIChE，此研究群強調
Evaporation Induced Self-Assembly (EISA)技術的應用，做為控制孔矽結構的方 法，BiTe 與 CuInSe2奈米線(<10 nm)的熱電應用。
[36f] Surface-Mediated Growth of Oriented and Well-Defined Nanocrystalline Anatase Titania Films – 王博士前次AIChE 碰面時仍是博士生，現在畢業後轉 到Pacific Northwest National Laboratory 工作，他表示這是跟著資深研究員的研
究成果，改善基材表面之後沉積氧化鈦，得到anatase 相的(001)優選方向膜，
他也承認原本想得到一維材料，但目前未成功。
[31f] Oxygen Separation Using Mixed Ionic-Electronic Conducting Perovskite Membranes: Present and Prospects – Prof. H. J. M. Bouwmeester 回顧已發展超 過二十年的氧化物混合導體氧分離膜(主要是集中於(LaSr)(Co0.8Fe0.2)
O3-d ,LSCF)，同時也介紹新發展的高離子導體 Ba05Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-d (BSCF)，
強調它的高氧通量，可惜因為穩定性的緣故，使用的範圍受到很多限制。
[196g] Nucleation and Crystal Growth of Insulin as a Fundamental Mechanism of Regulation in Mammalian Organisms - Peter G. Vekilov 是 Univ Huston 新教授，
所提出的機制在物理學的磊晶成長研究中已有很多，當然我並不清楚是否對胰 島素的結晶而言，這是新的。他講得快，強調胰島素結晶成長速率高在糖尿中 的轉換機制彈性的角色，然後是用AFM 研究看胰島素的晶體 Kink 與 ledge 相 互轉換的過程，基本上是在terrain 上形成許多 cluster，這些 cluster 快速移動 (two dimensional gas)，碰到 ledge 吸附，然後 cluster 散成新的一層 ledge，因 此step 向前移動，在物理學磊晶成長領域中稱作 lateral flow (他所導到的 S-shape curve 似乎是新穎的)。
[196f] Polymorph Selection during Crystal Nucleation and Growth – 作者所討論 的cross nucleation 問題很有趣，可惜他只做到用 MD 模擬 hcp 與 fcc 之間的 cross nucleation，並強調想在 hcp、 bcc 間，有 cross nucleation 很不容易發生，
這個結論看來太理所當然了一些。
[496a] Microfabricated Electrochemical Organophosphate Sensor Based on Oxime Chemistry – Prof. Masel 研究有機磷毒劑偵測，強調自從東京地鐵沙林毒氣事件 後，有機磷毒劑對公共安全的威脅，雖然氣相色層分析與質譜儀的分析能力很 強，但它們都不是可移動式的儀器，高感度的可移動式偵測設備發展有其必要 性，他們研究群提出一個薄膜式多孔的結構可吸收微量(ppb) 有機磷毒劑，以 電化學方式感測，感測器內電解質與其它電極以micro- fluidics 方式集積化，
以縮小設備與重量。
[513a] Towards Tailoring of Highly Active and Stable Nanocomposite Catalysts – 作者強調將貴金屬微粒分散於氧化物表面，增加金屬觸媒的適用溫度範圍，作 者的分散方式用耐熱分子(hexaaluminate)锚定金屬微粒。
[513b] Infusion of Pre-Synthesized Iridium Nanocrystals into Mesoporous Silica for High Catalyst Activity - 作者討論如何利用 tetraoctylammonium bromide ligands 穩定銥金屬微粒，並灌入中孔氧化矽材料(氧化碳超臨界流體)，這些 ligand 的聯接力弱， 所以不必用高溫去除它們與金屬連結，用於1-decene 氫 化反應的活性很高，比Pd-alumina 的活性高一倍。
[605a] Development of Iron-Based Perovskite Materials as Carbon and Sulfur Tolerant Solid Oxide Fuel Cell Anodes – 雖然 SOFC 的高溫使得反應速率夠快，
而觸媒需求極低，但作者強調低溫 SOFC 仍需要觸媒，而且鐵系鈣鈦礦系觸媒 價格低廉，所以發展碳與硫容忍性高的鈣鈦礦系觸媒。
[605d] Novel Non Noble Metal Catalysts for Oxygen Reduction Reaction – 因為 PGM 金屬太貴， 所以取代 ORR 反應的含鈷觸媒材料(Co macrocyclic 化合物)，
被作者視為可能的PEMFC 陰極觸媒，研究方向來自於 SOFC，含鈷觸媒對酸
的容忍性是值得注意的。
[605e] Oxygen Electroreduction on Bifunctional Gold-Cobalt Oxide Nanocluster Catalysts – 這份論文的考慮點與前一篇有極大的類似性， 用 Co-Au 而非 Co based macrocyclic compounds，作者並提出一個四電子的反應機制說明研究結 果。
[650f] Ethanol Conversion on Pt and Pt-Sn Alloys: Surface Reactions and
Intermediates – 這是紀念 Prof. R. J. Madix 的討論會論文之一， Prof. B. Koel
討論著名的雙金屬觸媒PtSn，對氧化乙醇的表面化學過程，其中可能中間物 (ethanol, acetaldehyde, and ethylene oxide)的吸附與反應，在高真空技術的協助 下，猜測這些基元反應對整個過程的影響，尤其是當錫在氧化狀態時與它吸附 氧後。
[700b] Resolving the Active Sites for Methanol and Formic Acid Oxidation on Cu(110) by STM – Prof. Michael Bowker 跟隨Prof. R. J. Madix 的研究，以 STM
證實甲醇分子在Cu(110)上氧化，若沒有氧在銅表面，氧化速率極低，但銅氧
化後，甲醇分子的氧化速率急速提高。
[639b] Stability of Platinum-Based Alloy Cathode Catalysts in Pem Fuel Cells – 論
文討論PEMFC 的 ORR 反應觸媒，是否能找到取代部份白金的合金觸媒，研
究的主要對象是PtCo, PtCr, PtV, PtNi, PtFe，重點在於溶解與失去活性的原 因，這些非白金族過渡金屬都有相當溶於酸的現象，導致活性下降，鈷甚至
可觀察到它溶解量進入MEA 的擴散。
[639c] The Effects of Cationic Contamination on Pem Hydrogen Fuel Cells – 一些
輕金屬陽離子經由各種管道進入PEMFC，它們降低 PEMFC 的發電效率，主 The International Conference on Optical, Optoelectronic and Photonic Materials and Applications 2007(ICOOPMA 2007)國際研討會。
此研討會於七月三十日開始至八月三日中午結束。此會議屬中型之光電材 料與其應用之研討會。與會人士來自英、美、德、加、日本、韓國、台灣等國，
每天第一場為 plenary talk，講員為知名科學家如
Day 1 : P. St. J. Russell : Enhancing light-matter interactions with photonic crystal fibres
Day 2 : David Lockwood : Luminescence in Silicon Nanostructures
Day 3 : Osamu Wada : Semiconductor quantum dots and nanostructures for photonic device applications
Day 4 : Sajeev John : Photonic Band Gap Materials: Localization of Light Day 5 : Shuji Nakamura : Current Progress of Solid State Lighting
之後分三個場地，分別就不同主題如 :
Nonlinear Optical Effects and Applications, Nanophotonics and Nano-Optoelectronics, Photovoltaics, Nanotubes and quantum dots, Polycrystaline bulk and film, Nanostructures, Novel phenomena, Organic photonics, Semiconductors for Optoelectronics, Modelling Waveguides, Fibers and Applications, Imaging devices materials and physics, Sol gel optoelectronics, Experimental Techniques, Optoelectronic Materials and Devices, Luminescence and Excitonic Processes, Quantum Dots, Nanophotonics, Organics optoelectronics, Transparent Electrodes, Thin Films, Semiconductors for Optoelectronics and Thin Films, Optical properties of materials, Phosphors and Applications and selected topics, Waveguides and Fibers, Optoelectronic Devices, Polycrystalline bulk and Amorphous, Wide bandgap materials 等發表成果。主題分散包羅萬象，包括奈 米材料、光子晶體、光顯示器元件、太陽能電池等。其中最特別的是第三天中 午由 10 位高中生發表他們的專題成果。與會人士們給予高中生相當的鼓勵與 期待他們日後能加入行列。
此外於第一天及第二天傍晚作 Poster presentations。本人與學生及程光蛟 主任和何清華主任共同發表四個壁報，題目分別為 :
1. Raman spectroscopy study of the phase transformation on nanocrystalline titania films prepared via metal organic vapour deposition.
2. Growth and characterization of well-aligned rutile TiO2 nanocrystals on sapphire substrates via metal organic vapour deposition.
3. In-Plane anisotropic electrical and optical properties of gold–doped rhenium disulphide
4. Structural and luminescent property of gallium chalcogenides GaSe1-XSx layer compounds
已 將 此 成 果 寫 成 論 文 希 望 能 發 表 於 Journal of Materials Science : Materials in Electronics 之 專 輯 。 研 討 會 結 束 後 順 道 參 訪 Reading University、York University 及 Scottish Highlands，英國係屬近代科技文 明大國，有許多值得台灣學習之處。
Fig. 5 IrO2 nanocrystal geometry control.
Fig. 6 Geometry variation with a decreasing
Fig. 7 Eptaxial relation between SA(100) and RuO2(001), which is the closest lattice match that one can find on SA(100).
Fig. 8 Eptaxial relation between SA(012) and RuO2(101), the closest matching RuO2 crystal plane matching SA(012).
10]
[0
0]1[0
Fig. 9 Eptaxial relation between SA(100) and RuO2(001), the closest matching RuO2 crystal plane matching SA(100).
Fig. 10 SEM images of three aligned RuO2
nanorods.
Fig.11 Selectively grown IrO2 nanorods on SA(012).
Fig. 12 Selectively grown IrO2 nanorods on SA(100).
Fig. 13 IrO2 tip and the vertically aligned IrO2
array for field emission measurement.
Fig. 14 Field emission characteristics of IrO2
vertically aligned array.
Fig. 15 The field emission current stability for IrO2 vertically aligned array.
Fig. 16 Morphology of RuO2 nanophases used in field emission.
0 24 48 72 96 120 144 168 192
1 10 100 1m 10m 100m
E = 28.8 V/ μm
J (A/cm2 )
Time (h)
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
Fig. 17 Reversibility of propionic acid signal of IrO2 nanophase loaded QCM.
0.0 1.0 2.0 3.0
pentane hexane heptane octane formic acid acetic acid propionic acid methanol ethanol propanol benzene toluene m-xylene methylamine ethylamine butylamine amylamine hexylamine
VOC Am
Fig. 18 Sensing signal of organic vapors.
Fig. 19 HRTEM image of Ir-IrO2 thin-wall nanotube. Note the nucleated Ir grains are oriented parallel to the IrO2 growth direction.
Fig. 20 TEM image of Pt-Ir-IrO2 thin-wall nanotube of methanol oxidation electro- catalysts.
Fig. 21 Methanol oxidation activity of various electrocatalysts derived from IrO2 nanotubes.
Johnson-Matthey PtRu is listed for comparison.
Fig. 22 Morphology of hydrous RuO2 encased RuRuO2 nanorods.
0.01 0.1 1 10 100
0 200 400 600
Frequency (Hz) (c) 1.0 V 0
200 400 600
Capacitance (Fg-1 )
(b) 0.6 V 0
200
400 RuO2VR
RuO2VR-H RuRuO2VR RuRuO2VR-H2 (a) 0.2 V
Fig. 23 Specific capacitance calculated from the imaginary part of impedance of four
Table 1 Geometry characteristics and field emission properties of the RuO2 nanocrystals.
*protruding wire on pyramidal base
Sample Morphological
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