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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    結合二碲化鈷與二氧化鈦保護層之矽微米柱異質結構應用於光催化水分解
    (2017) 林育辰; Lin, Yu-Chen
    全球每年平均能源消耗約15兆瓦,且對於能源之需求與日俱增,故各國積極開發乾淨之替代能源變得越來越重要,而有效利用太陽能進行光催化水分解為一新之展望,其可取代化石燃料,以達到無碳排放與零污染產物等特點。應用於光催化水分解之光觸媒須滿足特定條件,首先須為半導體材料,且其導電帶位置須負於氫氣之還原電位,此研究以矽為光觸媒,因其具窄能隙,故可利用大部分之可見光,為太陽能產氫能源建立新之里程碑。 此研究使用矽微米柱陣列結構作為光捕捉之利用與增加反應表面積,並減少電子擴散路徑,其藉由黃光微影製程技術與乾式蝕刻製作而成,完成之柱長與直徑分別約為10 μm和0.85 μm。然而於目前之研究領域中,矽基光電極仍有許多問題存在,大致上為光生載子動能不足與氧化物生成造成不穩定之結果。此研究利用修飾過渡金屬二硫屬化合物(transition metal dichalcogenide;TMD)為軸,以二碲化鈷(CoTe2)作為共觸媒,並使用原子層沉積(atomic layer deposition;ALD)生成二氧化鈦(TiO2)作為保護層以解決上述之問題。藉由簡易之陽離子交換反應法,以鈷離子置換前驅物亞碲酸鈉(Na2TeO3)之鈉離子,並經氫氣還原反應後得二碲化鈷。而經原子層沉積後,可於電子顯微鏡下觀察到二氧化鈦包覆於矽微米柱表面,以避免電解液與矽基材直接接觸。 於異質介面上探討能帶彎曲對稱情形,使介面能障消失,更以六甲基二矽氮烷(hexamethyldisilazane;HMDS)進行預處理,減少表面張力並對表面進行改質,可有效改善共觸媒不均勻分散於微米柱結構之情況,並可降低介面阻抗,其結果於電子顯微鏡下觀察到粒子聚集情況降低,且以X光光電子能譜分析可得矽-氧鍵之比例減少,進而改善光生載子傳輸效率,以降低載子再結合發生機率。 光電流特性則於模擬太陽光照射(100 mW/cm2)下,以標準氫電極電勢(reversible hydrogen electrode;RHE)為0 V下量測其光反應,其結果顯示於定量下30 μL共觸媒前驅物所合成之二碲化鈷具最佳光電流特性,於0 V vs. RHE下光電流可達24 mA/cm2,同時起始電位正偏移至0.17 V。而沉積二氧化鈦保護層後,進行長時間產氫量之量測,經計算後可得約80%之法拉第效率(Faradaic efficiency;ηF),且其穩定性於酸性電解液環境中可維持5小時無明顯衰減。
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    矽原子在銥(100)切面上的動態行為與交互作用
    (2016) 張琬喻; Chang, Wan-Yu
      本實驗利用場離子顯微鏡觀察吸附矽原子在銥(100)切面上的動態行為及交互作用。利用單顆吸附矽原子在不同溫度下的熱擴散運動,並配合Arrhenius plot求得擴散活化能E_d=0.91±0.02 eV。雙顆吸附矽原子在加熱到400 K以上時,彼此間的距離較低溫時的大,也間接證明在此溫度下,原子有足夠的能量去排列成有序結構。觀察雙顆吸附矽原子在銥(100)切面上的動態分布,顯示出矽原子在銥(100)切面上會位於不同佔位上(例如:四重對稱站位、橋位和上位),也表示矽原子彼此間的交互作用力大於矽原子與基底間的交互作用。雙顆吸附矽原子會在相距三個銥基底的晶格常數下處在最低的交互作用能0.086 eV。原子間的交互作用會受到基底的二維自由電子氣影響,產生Fridel oscillation的現象,藉由理論公式與實驗數據擬合,可以得到銥(100)切面上的費米波向量應該為1.35 Å。當加熱到431 K時,蒸鍍在銥(100)切面下的矽原子會發生上行運動。
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    泛涵密度理論於硫化氫在Group IV (Si, Ge/Si, Ge) 半導體表面吸附與反應之研究
    (2011) 鄧宗凡; Tsung-Fan Teng
    本文利用泛函密度理論(DFT)探討硫化氫(H2S)在Si(100)-c(4x2)表面, Ge/Si (100)-c(4x2)與Ge(100)-c(4x2)表面上的吸附和反應。在這次研究中,我們發現了四種最穩定產物,其中一個是從來未在文獻中討論過的;這四種穩定產物都是從硫化氫分子吸附經由二次的氫解離,到硫原子跨橋鍵結的過程。另外,經由DOS分析發現Si (100)表面, Ge/Si (100)表面和Ge (100)表面擁有相似的特徵,其中都以c (4×2)為最穩定的表面。 在三者表面上,我們利用理論計算探討表面特性,包括鍵角、鍵能及鍵長;當硫化氫吸附上表面,我們也利用計算提供了中間物和產物的吸附能、鍵角、鍵長、振動波長、結合能以提供後續實驗化學家參考。 根據理論計算數據,我們也畫出反應能量圖,藉由此圖我們可清楚知道反應路徑、反應機構及能量的變化。在四個穩定產物中,其中兩個產物比較取決於動力學下的產物:另外中兩個產物比較取決於熱力學下的產物。主要原因在於速率決定步驟時的活化能以及產物的相對能量。根據反應能量圖,我們也發覺有些反應活化能較小,也利用了EDD(electron density difference) 去探討電子密度的分布來找到合理的解釋。 再者由於電子產品的不斷創新,本實驗也提供了不同材料表面的探討,原來由鍺來替換矽材料,是希望藉由鍺的電子高移動速率,達到較高品質的電子產品,但鍺表面的易氧化帶來負面效果,所以探討了在矽表面濺鍍一層鍺的表面特性。