科學人 發行日期:201503 刊號:157
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兩個水分子才夠!

撰文/林志民

 年輕團隊發揮創造力,突破水蒸氣濃度和反應壓力的限制,發現最簡單的克里奇中間體會與兩個水分子快速反應,可望讓科學家更了解克里奇中間體在大氣化學中所扮演的角色。
撰文/林志民

重點提要
■克里奇中間體可能是科學家長久尋找的神秘氧化劑,但它的存在時間非常短、難以研究。
■經由巧思,改良探測光束在反應槽中的反射次數,以測量最簡單的克里奇中間體CH2OO的反應速率,發現CH2OO需要兩個水分子才能快速反應。
■營造做研究的環境,讓年輕人有機會擁抱科學、樂在其中,是激發創造力的好方法之一。

2015年1月1日,《科學》(Science)登出了一篇論文,標題是〈最簡單的克里奇中間體與水蒸氣的化學反應之直接動力學測量〉,作者是趙彣、謝郡庭、張俊宏與我。其中第一、第二作者都還是大學生,可能創下台灣登上《科學》最年輕第一作者的紀錄。

初生之犢
這篇論文的前兩位作者趙彣和謝郡庭,都曾經在2010年參加我所籌劃的科學營,這個科學營是中央研究院原子與分子科學研究所舉辦的「科學家在玩什麼」系列活動之一。那時,我和幾位同事眼見現今大學生普遍在科學興趣和研究能力上出現下滑的趨勢,我們深感憂心,因此舉辦高中生的科學活動來力挽頹勢。
在科學營中,我們努力營造一個接近實際研究的情境,只給學生科學問題,但不提供完整的研究步驟與方法;學生需要思考摸索,從實驗的結果來歸納(或猜想)現象背後的原理,進而建造物理模型來描述實驗的結果。對高中生來說,這些當然是很艱難的課題。他們盯著不聽使喚的儀器、思索圖表和數據的意義、操練他們的腦細胞,教授和助教則在旁邊協助解決操作儀器的問題,有時候提供一點點暗示……。
還記得謝郡庭的表現很突出,但這並不奇怪,因為當時他已經是物理奧林匹亞的國手,後來還代表台灣參加國際物理奧林匹亞競賽,獲得金牌;趙彣和其他學生也很認真。不過說實話,我們給的題目真的不是普通高中生能馬上解開的。
後來,趙彣甄試上了台灣大學化學系。在大學二年級下學期時,他來應徵我實驗室工讀生的工作。剛開始,趙彣一週只能來實驗室一天;我並沒有指派什麼特別的工作給他,只是交代他做「新生訓練」。我實驗室的新生訓練是進行一些基礎的電學、光學、真空、機械實驗,但沒有提供步驟,要自己思考或找出做實驗的方法;主要是讓碩士班新進學生熟悉實驗室的一些儀器,以及做實驗的技巧與想法。我希望學生在真正進行研究之前,能打下一些基礎,免得做實驗時手忙腳亂。趙彣倒是挺認真在做新生訓練,並在上課之餘觀察其他學長姊做研究。
我們實驗室長期研究大氣化學中不穩定物種。趙彣大二暑假時,我讓他試著在分子束中合成最簡單的克里奇中間體CH2OO(參見下方〈製備克里奇中間體〉),並測量CH2OO的光分解截面積(即吸收光而分解的速率)。這項實驗可以參考國外已經發表的文獻,先試試別人發表的實驗條件。經過一些努力,趙彣就看到CH2OO的訊號,和其他人一起改良部份實驗並完成測量。到了大三暑假(2014年),趙彣開始做他向科技部申請的「大專學生研究計畫」。那時,就讀美國史丹佛大學一年級的謝郡庭正好回台灣過暑假,也想來實驗室做一些實驗,於是我讓他們兩人一起著手進行。

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