研究成果概述如下：
( 1 )    碳烯(carbene)是極不穩定的分子，化學家僅能透過特殊如基質隔離方法才能捕捉到這類活性中間體並配合光譜技術確認其存在。發想自多核有機金屬錯合物的概念，利用碳烯作為配基與表面金屬原子形成亞穩定的類碳烯(carbenoid)，這樣的有機分子－金屬表面系統十分有利於釐清包括碳烯吸附結構、鍵結模式、後續反應中間體演化，乃至終產物的決定。我們試圖將低溫100 K冷凝吸附在銀單晶上的a-重氮乙酸甲酯前驅物分子，經照射波長365 nm紫外光，光解消去一分子的N2並生成表面酯碳烯(ester carbene)中間體。藉靈敏的表面反射式紅外光譜，配合密度泛函理論計算指認出目標分子的特徵振動，而獲得穩定可辨識單分子層級的碳烯存活證據。有趣的是酯碳烯經加熱，唯獨形成”順式”酯碳烯二聚體即馬來酸二甲酯，而順式與反式化合物因其截然不同的質譜碎裂模式，可由熱脫附質譜明確證實。a-重氮羰基化合物在有機化學中所論及的沃爾夫重排(Wolff rearrangement)反應在銀表面上並未發生，兩相鄰且排齊的酯碳烯與表面銀原子推測是先形成了順式與反式金屬雜環(metallacyle)中間體，立障較小的反式中間體因過於穩定反而不利形成反式富馬酸二甲酯產物。如此獨特的化學選擇性及立體位向選擇性體現出二維表面與三維液相反應的差異，並引申與化學修飾、表面催化等領域相關的應用。此成果已發表於2022年 J. Phys. Chem. C。

( 3 )    Graphene(石墨烯，簡稱GR)被視為一種“神物質”，啟自十年前的“graphene rush”，如同淘金熱般的研究風潮迄今不衰。石墨烯內在的的零能隙電子結構與天生的化學惰性及低水相溶解度限縮它的應用範圍，於是有不少化學家致力於以共價鍵結方式修飾石墨烯，來改善或操控其物理化學性質。受到北大劉忠範與哥倫比亞大學Brus使用過氧化物分子光解產生之自由基與石墨烯的碳原子進行加成反應之相關文獻啟發，我們選用tert-butyl peroxybenzoate (分子式(CH3)3C-O-O-C(=O)C6H5，簡稱TBPB)為自由基前驅物，以波長365 nm UV發光二極體LED為光源，於超高真空環境照射200 K冷凝吸附在單層石墨烯(由陳軍互教授負責製備)上的TBPB一小時，原位反射式紅外光譜顯示O-O與C=O特徵振動訊號消失，暗示分子發生均裂(homolysis)及脫羧(decarboxylation)釋出CO2，使我們同時捕捉並鑑定到(CH3)3CO･與  ･C6H5兩自由基。經逐步加熱，光譜未見自由基與石墨烯碳原子形成化學鍵的證據，且300 K後因物種脫離表面造成振動吸收峯全數被肅清。上述照光後的熱脫附過程，質譜儀辨識出三種揮發產物：benzene、tert-butanol及isobutylene epoxide。我們認為(CH3)3CO･甲基有豐富的氫原子，使(CH3)3CO･自身及･C6H5可攫取到氫後生成醇及苯，失去氫的･CH2(CH3)2O･則構成環氧化物，此種歧化反應(disproportionation)機制可以合理地解釋實驗的發現。由於TBPB本身並不吸收365 nm的光子但石墨烯會，光激發的石墨烯將受激電子由上方導帶轉移到TBPB能階靠近的LUMO，而分子HOMO上的電子又恰回流到石墨烯價帶的電洞，於是構成了一條GR + hn → GR* + TBPB → GR + TBPB*淨能量轉移(energy transfer ET)之路徑，石墨烯扮演了光敏劑(photosensitizer)的角色。石墨烯在超高真空下雖無法與自由基反應，但此化學惰性賦予單層石墨烯擔當一種二維基質(matrix)的角色，便於取得在低溫孤立其上之不穩定化合物光譜，甚至進一步研究自由基受限於表面時的二維交互作用與反應。以上的洞識與體認雖與原初化學修飾的目的偏離，但擴大了石墨烯的化學意義與應用層次，結果已發表於皇家化學會期刊Chem. Commun.。