理學院

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學院概況

理學院設有數學系、物理學系、化學系、生命科學系、地球科學系、資訊工程學系6個系(均含學士、碩士及博士課程),及科學教育研究所、環境教育研究所、光電科技研究所及海洋環境科技就所4個獨立研究所,另設有生物多樣性國際研究生博士學位學程。全學院專任教師約180人,陣容十分堅強,無論師資、學術長現、社會貢獻與影響力均居全國之首。

特色

理學院位在國立臺灣師範大學分部校區內,座落於臺北市公館,佔地約10公頃,是個小而美的校園,內含國際會議廳、圖書館、實驗室、天文臺等完善設施。

理學院創院已逾六十年,在此堅固基礎上,理學院不僅在基礎科學上有豐碩的表現,更在臺灣許多研究中獨占鰲頭,曾孕育出五位中研院院士。近年來,更致力於跨領域研究,並在應用科技上加強與業界合作,院內教師每年均取得多項專利,所開發之商品廣泛應用於醫、藥、化妝品、食品加工業、農業、環保、資訊、教育產業及日常生活中。

在科學教育研究上,臺灣師大理學院之排名更高居世界第一,此外更有獨步全臺的科學教育中心,該中心就中學科學課程、科學教與學等方面從事研究與推廣服務;是全國人力最充足,設備最完善,具有良好服務品質的中心。

在理學院紮實、多元的研究基礎下,學生可依其性向、興趣做出寬廣之選擇,無論對其未來進入學術研究領域、教育界或工業界工作,均是絕佳選擇。

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    異相催化劑反應之理論計算研究: 乙醇重組反應與Fischer-Tropsch合成反應
    (2014) 徐慈瑛; Cih-Ying Syu
    乙醇蒸氣重組被視為一種產氫的重要反應。在本篇論文第三章中,我們利用理論計算探討貨幣金屬(Cu、Ag、Au)在進行乙醇蒸氣重組反應中的強氧化性與高乙醛選擇率的反應路徑研究。從計算的能量發現,貨幣金屬傾向選擇活化能障較低且放熱較多的部分氧化路徑。利用電子結構分析,發現d軌域被填滿的貨幣金屬能有效率地將電子傳遞至O和OH,使O和OH的p軌域提升,降低氧化反應步驟的能障。在本篇論文第四章中,我們探討Rh金屬的蒸氣重組反應機構以及氧在反應中所扮演的角色。從反應機構的計算發現,CH3CHO*和CH2CH2O*為關鍵的中間產物,中間物反應生成CO(g)、 CO2(g)的氧化步驟能障高,被視為速度決定步驟。氧扮演旁觀者所造成的adsorbate effect,可以降低速度決定步驟的活化能。在動力學上的分析也獲得與實驗上一致的結果。因此,我們合理推測:Rh-based催化劑的可藉由合適的添加物,提高載氧能力,作為乙醇重組反應催化劑時可獲得更好的效能。 本篇論文的第五章是探討Fischer-Tropsch合成反應(以下簡稱F-T合成反應),在Ru(0001)和Co(0001)表面,計算CO的活化反應、CHx(x=1~3)的氫化反應、C-C單體結合反應及C-H鍵結/解離終止反應等機構的探討,找出Ru和Co催化反應機構的差異,並添加1A金屬Na於Co表面,探討Na對吸附物的影響,進一步提出Co催化劑的改良辦法。從計算結果顯示,不論在Ru(0001)還是Co(0001)表面,CO 並不會氫化生成COH,反而傾向直接解離或是生成中間物CHxO再解離C-O鍵。CHx (x = 0~3)的選擇性,在Ru(0001)以CH 佔大多數,在Co(0001)表面則是CH和CH3。在Ru(0001)表面C-C 單體結合反應,傾向以CH2 + CH2 的方式進行。而在Co(0001)表面則可能以CH2 + CH2、CH + CH或CH+CHO的方式進行。從終止反應的探討發現,不論是CHx還是C2Hy的氫化終止反應,Co表面皆為動力學與熱力學上穩定的。最後,添加Na金屬於Co可以使含氧化物的吸附能提升,穩定CO、HCO、HCHO等吸附物,降低C-O解離的能障。另外,添加Na並不會增強CHx(x=1-3)的吸附,可以保留Co表面上C-C鍵結速率較快的優勢。綜合上述結果,合理推測:添加對氧吸附能力大於碳的金屬,或是將Co金屬吸附於擁有氧空缺的氧化物支撐物上,能有效提升Co催化劑對高碳數產物的選擇率及減少含氧化物的產生。
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    催化材料與氧氣含量對乙醇蒸氣重組反應的影響
    (2013) 林鴻穎; Lin-Hong-Ying
    本篇論文中,我們將有系統的研究十種金屬,(分別是 Ru 、 Rh 、 Ir 、 Co、Ni 、 Pd 、Pt 、 Cu 、 Au 和 Ag ),並將十種不同金屬分別附著在兩種不同金屬氧化支撐上,來進行氧化乙醇蒸氣重組反應,而這兩種氧化支撐物分別為,氧化鈰 (CeO2),和參雜了Dy的鈣鈦礦結構(Dy-doped BaZrO3)。在各種不同外在條件,如不同氧氣量的條件下(此篇氧氣量改變從0~40 sccm)、不同的溫度(此篇500℃~600℃)來進行實驗。這些使我們能夠了解整個乙醇蒸氣重組反應中,不同催化劑的性能以及它們對反應中所帶來的影響。在催化劑中金屬的部分,我們發現Rh、Ru、Ir這三種金屬,有助於C-C鍵斷裂,故產生最高的CO+CO2選擇率,並且有著最高的氫氣產率。 在催化劑中支撐物的部分,我們選擇了CeO2和鈣鈦礦結構(Dy-doped BaZrO3),這兩種支撐物可以分別有效的利用環境中氧氣與水,促使整個催化劑的效能提升。而其中鈣鈦礦結構(Dy-doped BaZrO3)效能提升特別明顯,是因為鈣鈦礦結構可以有效利用水,促使催化劑效能提升,所以可以看出水在乙醇蒸氣重組反應中具有重要的影響。在外在環境條件部分,我們發現增加溫度與氧氣含量,可以有效提升乙醇轉換效率、CO和CO2、氫氣產率。
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    探討金屬氧化物的支撐物對乙醇蒸氣重組反應的影響
    (2015) 曾國銘; Tseng, Kuo-Ming
    本篇論文中,我們將 Rh、Ru兩種金屬分別附著在三種不同金屬氧化支撐上,來進行氧化乙醇蒸氣重組反應,而這三種氧化支撐物分別為,氧化鈰 (CeO2)、參雜了Dy的鈣鈦礦結構(Dy-doped BaZrO3) 和鈣鈦礦結構(BaZrO3)。透過XRD、EDX、TPR探討金屬與金屬氧化物是否符合。在乙醇蒸氣重組實驗中,使用不同氧氣量的條件下乙醇對氧氣比例為2~0.4、不同乙醇與水莫爾比例(1:1、1:3、1:5、1:7、1:10)及不同的溫度(300℃~600℃)來進行實驗。在催化劑中金屬的部分,我們發現Rh、Ru有助於C-C鍵斷裂,產生CO與CO2。在催化劑中支撐物的部分,我們選擇了螢石結構(CeO2)、鈣鈦礦結構(Dy-doped BaZrO3) 和鈣鈦礦結構(BaZrO3)有效的利用環境中氧氣與水,其中氧化鈰對氧具有高活性,在乙醇與莫爾比例為1:3,乙醇對氧氣比例在0.61,氫氣產率為72%,而鈣鈦礦結構(Dy-doped BaZrO3)與鈣鈦礦結構(BaZrO3)可以有效利用水,促使催化劑效能提升及氫氣產率提升,在乙醇與莫爾比例為1:10,乙醇對氧氣比例在0.58,氫氣產率為86%,所以可以看出BZDy及BZO比在氧的氧化鈰下具有更好的在乙醇氧化蒸氣重組反應中具有重要的影響。在乙醇蒸氣反應後,將催化劑進行XRD、EDX、TPO鑑定,在XRD鑑定與反應前並沒有差異,在EDX、TPO發現鈣鈦礦結構(Dy-doped BaZrO3)含碳量大於氧化鈰(CeO2) ,但在長時間反應中卻能維持高乙醇轉換及氫氣產率。