創新電漿制動具弱氫鍵活化液態水的製備機制與應用(3/3)

在化學與生物學中，水為最重要的溶劑，由於水有能力形成氫鍵，因此展現出獨特 的物理性質，且液態水的氫鍵鍵結網為彈性的動態架構，當中氫鍵的斷裂與形成平衡發 生在皮(pico-)秒等級，使得研究水的局部結構具有挑戰性。另一方面，水分子氫鍵的強 度對其性質定量化與相關反應活性的效應在文獻中較少被注意，現今我們所熟知水的特 性均為惰性、團聚具有四面體氫鍵鍵結網的液態水(bulk water)，事實上，被侷限或界面 上的水其局部氫鍵結構可被改變，但由於此種水僅存在於奈米尺度空間，因此其利用性 大幅受限。熱水比冷水先結冰的彭巴悖論，自從1963 年被觀察到已迷惑許多科學家， 至今還未有廣為大家承認的論點；對增進催化分解水析氫(或氧)反應的效率，當今的一 般策略為發展具有不同化學組成與結構的新式且便宜的催化劑；此有名的物理彭巴效應 與熟知的化學分解水反應，其共同點均與水的活性有關，然而水的氫鍵鍵結網對彭巴效 應與分解水的關係在文獻中較少被探討。 最近實驗團隊在創新利用貴金屬奈米粒之表面電漿激發所產生之熱電子效應，將水 分子團中之氫鍵打斷以製造具活性、穩定且獨立之弱氫鍵結構(reduced hydrogen-bonded structure, RHBS) pH 中性液態水(ACS Nano, 2014, 8, 2704)，其性質有別於一般認知以強 氫鍵作用之團聚水，此RHBS 水對氧氣以及氯化鈉的溶解度高，可去除自由基，抑制發 炎反應，具有還原能力，利用此小分子團水可更有效率且安全地應用於血液透析(Sci. Rep., 2014, 4, 4425)；同時其弱氫鍵特性亦成功以拉曼光譜分峰處理定量化(Anal. Chem., 2014, in press)。另外初步實驗發現此RHBS 水化學位能高，比熱約為團聚水的95%，在 綠色能源方面亦可大幅增進電解水的析氫(或氧)反應與製造雙氧水的效率，在醫學方面 可保護大鼠在睡眠剝奪實驗中肝臟的損傷，在物理方面能以RHBS 水中水的能量與氫鍵 強弱衍生觀念提供彭巴效應的新認知，預期RHBS 水可廣泛創新應用於化學、醫學、物 理、能源與抗老等領域。我們實驗室在以電化學法為基礎製備奈米貴金屬與其表面電漿 激發所產生之效應，有豐富之研究經驗與不錯之研究成果，最近正發展RHBS 水的穩 定、量產製造技術與跨領域應用研究。本計畫擬以電化學為基礎製備奈米貴金屬與其複 合物，探討熱電子移轉製備獨立RHBS 水與其持久性的機制，研究RHBS 水的各種物理 與化學性質，並創新應用於化學、醫學等領域。第一年以實驗探討室溫下熱電子移轉製 備RHBS 水與其持久性的機制，研究RHBS 水與其水溶液的各種獨特性質，並發展拉曼 光譜與其他儀器檢測將RHBS 水與其水溶液的氫鍵強度與其相關特性定量化。第二年將 RHBS 水創新應用於化學領域，發展綠色奈米蝕刻、還原製程，並增進各種分解水的產 氫(或氧)反應效率。第三年將RHBS 水創新應用於醫學，發展奈米金修飾血液透析膜的 臨場高效、安全透析技術，探討抗老化、保護肝功能暨正常代謝調節方面的助益。 (1) 建立室溫下熱電子移轉製備RHBS 水與其持久性的機制 (2) 建立拉曼光譜與其他儀器檢測技術將RHBS 水的氫鍵強度與其特性定量化 (3) 發展RHBS 水創新應用於化學領域，發展綠色奈米蝕刻、還原製程 (4) 發展RHBS 水創新應用於綠色能源，增進各種分解水的產氫(或氧)反應效率 (5) 發展奈米金修飾血液透析膜表面的臨場高效、安全透析技術 (6) 發展RHBS 水創新應用於醫學抗老化、保護肝功能暨正常代謝調節方面的助益