同步輻射技術於化學領域的應用 CSLT《化學》第八十一卷第三期出刊
化學季刊新聞
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自2014 年台灣光子源發出第一道光束以來，經過多年的光束線建設和試車實驗，現已投入用戶實驗運轉的光束線已達13 條。規劃中的第三期建造計劃正在積極進行中，預計將於2025 年年底完成。對於化學、能源、半導體及生醫相關領域的研究，同步輻射技術經加速器光源優化和實驗站設備升級，提供了更高解析度及快速數據收集效率，也開啟了多樣微米和奈米尺度實驗的可行性，從而克服了許多過去所面臨的技術瓶頸，讓研究團隊能夠更深入探尋材料系統背後的科學原理。近幾年來，全球同步輻射光源設施正經歷升級和轉型，著重於同調X 光光通量和更聚焦的X 光光斑，光源的升級也推升了X 光顯影技術，預期將成為材料研究上的另一把利器。台灣光子源是一個致力於不斷進步的研究設施，其技術也在持續演進中。我們期望在接下來的數年內，能夠推動更多創新研究，使台灣光子源成為台灣的光輝象徵。以下是本期報導的簡要介紹：
《TPS 23A X-ray 奈米探測》，本篇文章由同步輻射研究中心林碧軒博士所執筆，TPS 23A X 光奈米探測光束 線是台灣光子源計畫中的重點項目之一，旨在利用其卓越的60 奈米空間解析度，解析現代先進材料的原子、 化學和電子結構，應用領域廣泛，包括奈米半導體元件、能源材料、發光元件、奈米生醫材料以及環境科學 等。
http://dx.doi.org/10.6623/chem.202309_81(3).001
《於TPS 44A1 光束線上應用X 光吸收光譜破譯催化劑中的活性位點》，本篇文章由同步輻射研究中心陳政龍 博士撰寫，探討過度使用化石燃料導致氣候變遷，需要轉向低碳和潔淨能源。氫能源被視為潛在解決方案，但 其效率取決於金屬催化劑，提高催化劑活性和降低成本至關重要。了解催化劑的工作原理，尤其金屬元素的電 子結構和配位環境便是關鍵。同步輻射X 光吸收光譜是理想工具，可深入研究催化劑中金屬元素的價態和配 位環境，有助於優化催化劑設計，提高氫能源生產效率。
http://dx.doi.org/10.6623/chem.202309_81(3).002
《光圖案化可拉伸高分子電晶體》︰由臺北科技大學化工系李文亞教授團隊所執筆，李教授通過硫醇烯化學反應開發了可光固化的可拉伸高分子混摻，此高分子混摻使用傳統微影製程，可獲得特徵尺寸約為10 μm的完整圖案薄膜，為光固化高分子半導體材料的分子設計提供了全新的新思路。
http://dx.doi.org/10.6623/chem.202306_81(2).003
《倒晶格空間與真實空間晶體結構解析》︰本篇文章由同步輻射研究中心陳柏豪及莊裕鈞執筆，說明TPS19A 高解析度粉末繞射可提供倒空間及真實空間的雙重空間結構分析技術，由於材料尺度從微米到奈米發生了極大 改變，物性也隨之變化，傳統的結構分析方法不再完全適用。因此，高解析度X 光粉末繞射成為解決這一挑 戰的重要工具，它可從倒晶格空間中獲取繞射訊號，以得出整體平均結構資訊，亦可藉由X 光全散射實驗， 將倒晶格空間轉換為真實空間資訊，藉以獲得分子局部結構的短程有序性，找出奈米材料物性的金鑰。
http://dx.doi.org/10.6623/chem.202309_81(3).004
《X 光同調散射影像術》，本篇文章由同步輻射研究中心蔡一葦博士所執筆，X 光同調散射顯微術是一項近年 來急速發展的X 光顯微技術，它的主要優勢在於無需依賴X 光光學元件的品質，能夠實現超過10 奈米的優異 成像解析度。此外，它還能夠整合現有的X 光實驗技術，如X 光吸收光譜和X 光單晶繞射，從而生成高解析 度影像，同時保留了這些技術提供的重要信息，如元素定位和晶體內的應力場分析。
http://dx.doi.org/10.6623/chem.202309_81(3).005
《台灣光子源TPS 13A 小角-廣角度X 光散射光束線在溶液中的分子結構研究現況與契機》，本篇文章由同步 輻射研究中心施怡之及鄭有舜博士所執筆，探討在溶液中小分子至超分子結構的形成機制，並突顯SWAXS 在 小分子和生物分子溶液結構研究中的優勢，有助於深入了解溶液中分子結構和相關化學反應。SWAXS 結合不 同模擬方式，提供有關目標分子及其動力學的中間態和最終結構信息，亦可結合其他結構工具，提供更全面原 子等級的分子結構全貌。
http://dx.doi.org/10.6623/chem.202309_81(3).006
《近室壓光電子能譜術於化學相關領域應用簡介》，本篇文章由同步輻射研究中心劉柏宏博士所執筆，從學 理技術、儀器發展、研究上的應用等面向，介紹近室壓光電子能譜術，傳統上光電子能譜量測，樣品必需置於 超高真空環境中。這樣的量測條件與真實的應用環境有所差別，導致所量測到的光譜通常無法完整反映樣品真 正的行為，藉由室壓光電子能譜的發展，可對非勻相催化系統有更精確的了解。
http://dx.doi.org/10.6623/chem.202309_81(3).007
《同步輻射軟X 光斷層掃描顯微技術於細胞三維成像之應用》，本篇文章由同步輻射研究中心林子敬博士所執筆，軟X 光斷層掃描顯微術SXT 是一種近期發展的影像技術，是台灣光子源第二期設施中的首條光束線。SXT 使用水窗能量範圍的軟X 光 (284-543 eV 之間)，能夠在不染色的情況下捕捉生物體的內部結構，二維解析度約為25-30 nm，三維解析度則約為50 nm。這一項技術非常適合研究細胞結構的變化對生理和病理的影響，並觀察細胞間的相互作用，以及微生物、病毒和細菌與宿主細胞之間的相互作用。
http://dx.doi.org/10.6623/chem.202309_81(3).008
本期亦收錄2 篇專欄文章，在「原創論文」部分，林志嘉博士及其團隊 (工業技術研究院綠能與環境研究所) 以台灣再生能源全年度季節性的實際剩餘電量進行綠氫生產的推估。「實驗室化學安全專欄」講述高活性化學藥品和手套箱的使用技巧與自身安全防護。
【原創論文】再生能源結合電化學產氫案場研析
http://dx.doi.org/10.6623/chem.202309_81(3).003
【實驗室化學安全專欄】高活性化學藥品和手套箱的使用技巧與自身安全防護
http://dx.doi.org/10.6623/chem.202309_81(3).009
最後，本期專題內容雖然無法囊括所有相關技術，但希望所收錄的文章能為化學和材料領域的研究者提供啟發和幫助，並特別感謝作者群們對於本期議題之支持及不吝分享所學。
歡迎讀者踴躍閱讀本期《化學》!
專題主編︰莊裕鈞 副研究員 （國家同步輻射研究中心）