研究計畫介紹

本計畫旨在利用金屬有機框架材料吸附空氣中之污染物，用以保護脆弱文物免於不可逆的損壞。文物如長時間受到空氣中的硫化物和氮氧化物等污染物侵害，會導致不可逆的化學和結構損害，這些文物面臨著由於SO2和NOx等有害氣體與其有機成分反應，形成酸性物質而造成的褪色、降解和結構破壞的風險。例如﹕ZIF-8高度的表面積和孔隙結構，使其成為一種高效和環保的氣體吸附材料。透過本計畫，我們希望能夠有效地捕捉和去除這些有害氣體，從而減少其對文物的損害，同時也將運用環保綠色化學技術製備孔洞材料(凡舉ZIF-8等)，以確保在文物保護中，可兼顧環保可持續性和環保性，本計畫希望能為文物保護領域提供一種新的解決方案，進一步提高文化遺產的保存技術水準，並減少環境污染對這些珍貴文物的損害。

研究目標

本計畫的主要目標包括：

1. 開發新型結晶材料：設計並合成具有優異污染物吸附性能及結構穩定性的化合物。

2. 評估材料吸附性能：系統性地評估所開發結晶材料對空氣中硫化物和氮氧化物的吸附能力。

3. 探討吸附機制：深入研究結晶材料與污染物的吸附機制，以優化材料設計。

4. 確保環境友善性：運用綠色化學技術製備孔洞材料，確保文物保護技術的永續性和環保性。

5. 提升文物保存技術：為文物保護領域提供一種新穎的解決方案，減少環境污染對珍貴文物的損害。

持續進行中的實驗與前期成果

目前，我們正持續投入於新型結晶材料的設計與製備，並積極篩選具有高度結構穩定性的材料，探討其作為有機物質及各種氣體吸附或分離應用的潛力。去年，我們的部分研究成果已發表於國際知名期刊《Sensors and Actuators B: Chemical》（Q1, Ranking of instruments and instrumentation: 1%, IF = 8.0）。該論文題為「Highly stable and selective H2 gas sensors based on light-activated a-IGZO thin films with ZIF-8 selective membranes」。此研究成功地將ZIF-8複合於銦鎵鋅氧化物載體（a-IGZO）中，顯著提升了元件的長期穩定性，並在CO、NO2 和 O3 氣體共存下，仍展現出對H2 極高的選擇性。此成果為結晶材料選擇性薄膜在吸附與偵測研究應用奠定了堅實基礎。除了文獻中已有的MOF-5及ZIF-8化合物，我們亦積極測試實驗室自行合成的新材料，包括NTOU-5、NTOU-8、NCU-1以及一些新穎結構的化合物。我們期望透過系統且有規劃的測試，能開發出具有優異特性的結晶材料。

研究成果與未來展望

在初步的研究階段，我們已對多種結晶型化合物進行了測試，包括已發表於文獻中的材料以及實驗室自行合成的化合物。考量到空氣中待測污染物濃度極低，為加速實驗進程並獲取初步分析結果，我們首先在水溶液中進行了吸附性能測試。未來，待溶液中吸附性質及材料穩定性結果確認後，我們將進一步將實驗轉移至空氣中進行實際長時間的觀測。我們利用粉末X光繞射儀（PXRD）、熱重分析儀（TGA）和傅立葉轉換紅外線光譜儀（FTIR）等先進分析技術，對化合物在吸附實驗前後的結構穩定性、待吸附物質的吸附量及吸附機制進行了深入探討。初步研究結果令人鼓舞，部分化合物對NO2-離子展現出優異的吸附能力。即使浸泡於含有NO2-離子的溶液中，這些材料仍保持了良好的結構穩定性，顯示其極佳的材料穩定性。我們將進一步探討材料的重複使用性，以期降低未來的應用成本。此外，在完成對NO2-離子的研究後，我們將陸續探討其他污染離子的吸附性能。

致謝

本研究計畫能獲得文資局承辦人、審查委員及長官們的肯定，並給予第二個多年期經費補助，我們深感榮幸與感謝。這筆經費的補助，不僅是對我們研究團隊的肯定，也為我們在跨化學及材料領域於文化資產保護研究技術的深耕奠定了堅實基礎。去年，我們的部分研究成果已獲國際重要期刊《Sensors and Actuators B: Chemical》接受發表，目前也正在積極撰寫並投稿第二篇文章至國際期刊或國內重要之文化資產保存學刊。我們衷心期望，本研究的成果能為臺灣的文物保護工作提供實質的技術支援與貢獻。再次感謝長官們給予我們機會，持續深耕此一深具意義的研究領域。