成大化工系團隊 多孔金屬有機骨架研究成果登PCCP封面
龔仲偉分享登上國際期刊PCCP內頁封面的研究成果。圖：成功大學提供
科技發(fā)展帶動商用電池成為全球熱門話題之一，而學界也紛紛投入電化學效能相關研究。成大化工系副教授龔仲偉與團隊成員針對多孔金屬有機骨架材料（Metal–Organic Framework，簡稱MOF）應用於能源儲存過程的離子與電子傳輸行為進行基礎研究，成果對新穎奈米材料在電池、超電容器內之應用與材料設計策略具重要價值，受物理化學領域的學門指標性期刊《Physical Chemistry Chemical Physics》青睞，成為2022年5月7日發(fā)布之第17期期刊Inside Front Cover，為成大爭光。
龔仲偉副教授的研究專長為金屬有機骨架材料、電化學感測器、電催化與電化學儲能，他以蓋房子為比喻，說明「金屬有機骨架材料」就像是以幾個奈米（百萬至千萬分之一公分）為單位的樑柱，可以建構出無限延伸的立體、中空的「房間」，相較於一般塗覆在電池之電極表面的平面材料，這些房間般的孔洞能在電極表面提供更多反應位置，加快離子與電子的流通，進一步讓電化學反應更快速。
龔仲偉說，國際上已有許多人研究多孔金屬有機骨架材料在電池及電化學綠色能源轉換等之應用，但大部分學者著重於找到夠厲害的材料，將電化學的效能做出來；若使用到效能不好的材料就不再深入探討其中造成電化學反應不好的機制，而這正是龔仲偉團隊在意的事。
「我想透過系統(tǒng)性研究找出一個標準，到底是什麼造成反應好或不好，至少讓同樣在做金屬有機骨架材料實驗的研究者能知道未來該從何選擇。」
龔仲偉特別以臺灣鹽田為封面圖背景，透過研究成果行銷臺灣。圖：成功大學提供
確認研究目標 發(fā)現(xiàn)重要參數(shù)
龔仲偉指出，依據(jù)多孔金屬有機骨架材料架構下的電化學反應，影響效能的決定因素在於兩個主角「離子」與「電子」的流通速度是否能一樣快，若有任一方速度較慢，就會影響整個電化學反應成效，因此首要目標就是創(chuàng)造能讓離子與電子跑得一樣快的環(huán)境。
龔仲偉表示，現(xiàn)在國際上也有不少探究原因的研究，但得出的結論並不多，更存在許多爭議空間。例如，有些文章認為電化學反應的表現(xiàn)受限於電子傳遞速度，但也有文章提出許多實驗模型，認為是離子進出速度不夠快才導致電化學反應效果不彰。眾說紛紜下，龔仲偉與團隊成員選擇利用具備高度水穩(wěn)定性之「以鋯為基底的金屬有機骨架」製造出不同大小的孔洞結構，並在裡面安裝錳的反應位置，再以反應物離子濃度為變因測試反應效果。
結果發(fā)現(xiàn)，反應物的離子濃度需要大於0.5 M（體積莫耳濃度）才能確保離子不會影響整體效能；同時，金屬有機材料的孔洞越大，電化學反應效果越好，但若離子濃度超過0.5 M，孔洞再大也無益於電化學反應的效果，意即離子濃度超過0.5 M後，影響整體的就是電子傳遞速度，而這就只與材料本身內部所安裝的反應位置之間的距離有關。
其中，「0.5 M」可以說是這項研究發(fā)現(xiàn)的重要參數(shù)。龔仲偉說，由於平面電極的反應通常不需要這麼高的濃度，一般學者通常只會使用0.1 M到0.05 M的離子濃度來實驗，而不會想到提高離子濃度的結果。但團隊此次發(fā)現(xiàn)提高離子濃度的重要性，將會給予未來實驗者更多設計實驗的啟發(fā)。
不過，由於多孔金屬有機骨架的發(fā)展至今僅約20餘年，目前世界上可見的應用僅有吸附劑或分離膜的產品，且都是新創(chuàng)科技公司居多，甚至是反應系統(tǒng)也仍在學術研究的階段，因此要談到技術或應用都還言之過早。
成大化工系龔仲偉副教授(中白衣者)與實驗室成員合照。圖：成功大學提供
步步累積 讓臺灣被世界看見
但是在國際上眾多研究中獲得的突破性成果仍獲得英國皇家化學學會旗下的指標性期刊《Physical Chemistry Chemical Physics》(簡稱PCCP)的青睞，並在該期刊登約90篇文章中脫穎而出，獲選內頁封面。此外，龔仲偉也在封面設計中放入臺灣鹽田為圖片背景，藉由自己的研究，讓臺灣在國際舞臺被世界看見。
29歲從美國返臺擔任助理教授，3年即升上副教授的龔仲偉，已經多次率領實驗室成員登上國際期刊封面，學術成果豐碩的同時，他也曾連續(xù) 3 年被化工系學生票選為優(yōu)秀教師。這一切來自於步步踏實的累積。
全心研究與教學 享受以專業(yè)貢獻社會
談起自己的教學方式，龔仲偉是從認識自己開始。「因為我的板書不好看，也比較不會臨場發(fā)揮，因此選擇用PPT上課，每次開設一門新課程都要花近半年的時間準備投影片，並鋪排一些『梗』吸引學生注意力。」現(xiàn)在更因應線上教學需要，融入kahoot增加課堂互動，帶動學生的學習意願。另一方面，對於研究生，龔仲偉則保有學生的自由度，在設定一視同仁的標準後，秉持著「如果學生想拚，我會帶著他一起拚」的精神，適才適性的培育人才。
以熱情為驅動，持續(xù)探索學術的龔仲偉說，自己會把每一天當成人生最後一天看待，因此確保每一個當下都是在做自己喜愛的事情。「我比較不會特別設定什麼目標，就是持續(xù)的做自己喜歡的事情。」未來他將持續(xù)不懈透過自己的強項，以自己的力量發(fā)揮獨一無二的影響力。
研究論文：《Probing the electronic and ionic transport in topologically distinct redox-active metal–organic frameworks in aqueous electrolytes》
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