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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    表面電漿共振效應在奈米金銀修飾二氧化矽球之光催化還原二氧化碳研究
    (2020) 陳思穎; Chen, Si-Ying
    由於大氣中的二氧化碳濃度持續升高,進而造成全球暖化和氣候變遷等問題,近年來科學家嘗試使用光催化或電催化等還原方法將二氧化碳轉變成可再利用的能源以解決大氣中二氧化碳過量的問題。本研究選用具有強表面電漿共振效應(LSPR)之金屬元素作為光催化的活性位點,例如金、銀等,進一步探討其對於二氧化碳的光催化還原反應效果。此外,金、銀等過渡金屬元素含有多電子的d軌域,可以幫助穩定CO雙鍵的中間態,提高多電子轉移的機會,進而產生各種多碳產物如乙醛、乙醇等。 為了研究表面電漿共振效應對於光催化反應的影響同時增加有效的催化面積,本研究使用二氧化矽球做為基材,主要是利用Stöber溶膠凝膠法合成,並於其表面生長金銀奈米島狀結構。最後透過還原金屬離子的方式將金屬島狀結構生長於矽球上,改變生長液中所添加的金屬前驅物的量,可以調整島狀結構的間隙大小,並更進一步探討其與光催化還原二氧化碳的關係。最後將乘載好金銀奈米島的粉末樣品照射類太陽光源並連接氣相層析儀可以了解到產物生成速率以及光催化效率和二氧化碳還原產物種類。從結果可知,在長上適量銀的二氧化矽球對乙醇選擇性為54%,乙醛選擇性為34%,且光催化效率是最好為0.0485﹪,但隨著銀的負載量提升,光子效率降低導致還原效率降至0.0295﹪,而觀察到銀奈米島可幫助光催化二氧化碳產物乙醇與乙醛之選擇性提升,之後或許可以使用較大尺寸的矽球使銀島長得更加均勻,增加產物的產率。
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    以理論計算探討以金屬為基材的單原子催化劑上進行二氧化碳電化學還原成乙醇的反應機制
    (2020) 鄭博修; Bo-Siou Zheng
    使用過渡金屬可以改善二氧化碳還原反應的效率,及能將二氧化碳轉換成更有價值的產物,因為唯獨銅元素具有產生多碳產物的優點,所以被廣泛運用在二氧化碳還原反應上,2011年,Zheng教授的團隊成功合成出單金屬原子催化劑(Pt1/FeOx),並在一氧化碳的氧化反應中展現不錯的催化效果,最近,有實驗團隊使用此合成策略於二氧化碳還原反應中,發現在”以部分氧化的鈀金屬為基材的單顆銅金屬原子催化劑”上對於乙醇有高度的選擇性,所以我們將透過模擬該系統在進行二氧化碳還原的反應產生乙醇的反應路徑。 鈀金屬在二氧化碳還原的反應上對於探討產生CO具有選擇性,因此二氧化碳會先經過鈀基材還原成一氧化碳,隨後轉移至銅原子周圍進行 “氫化”及“碳-碳耦合”的動作。而最終的實驗結果顯示,在(100)系統中碳碳耦合的速率決定步驟是, COH與CHO在Pd與Cu的交界處進行耦合;而(111)系統中碳碳耦合的速率決定步驟是,CO及CHO直接在銅原子上方進行耦合的步驟。
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    利用第一原理探討材料表面上二氧化碳電催化還原之特性 I.含氮碳管中類有機金屬結構對於二氧化碳的催化特性及碳管雜化後性質 II.應力效應對材料表面之電子結構及其對二氧化碳電催化還原反應特性之影響
    (2018) 詹侑得; Chan, Yu-Te
    我們使用DFT理論計算探討了二氧化碳還原反應在過度金屬螯合於氮參雜碳管(TM-4N2v-CNT)的特性。為了要模擬平面四方體均相催化劑,在這個模型當中包括了四個氮原子取代及兩個空缺位置,並在其空缺位螯合上Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pt及Cu。接著使用此結構沿著二氧化碳還原路徑尋找可能存在的中間體。在本篇所有研究的金屬,皆偏向進行水還原(Hydrogen evolution reaction),且只有第八族元素可與CO產生強鍵結,並生成後續還原產物,而其他金屬則偏向生成HCOOH。而我們也以ligand field theory解釋這個中心金屬對於CO鍵結強弱的差異。透過增加電壓去穩定CO中間體,可在中心金屬為Ru及Os時產生甲烷,在中心金屬為Fe時產生甲醇。並且當增加碳管曲率時可減少電催化所需之電壓。然而反應中的主要產物主要還是由中心金屬種類決定。 我們透過DFT理論計算展示了應力效應如何影響銅催化電極對二氧化碳還原反應(CO2RR)的催化選擇性,我們討論了在二氧化碳電催化路徑上幾個關鍵的中間體,例如(_^*)H、(_^*)COOH、(_^*)CO、(_^*)CHO及(_^*)OCCOH,透過在考慮應力效應下前述中間體的相對形成能,我們推測二氧化碳還原反應(CO2RR)產出2C+的路徑將會被推動,其第一步關鍵中間體(_^*)COOH將比競爭反應水還原(HER)的中間體(_^*)H的形成能更增加約0.10 - 0.15eV,同時((_^*)CO→(_^*)CHO )的能障也增加約0.10-0.15eV,同時(_^*)CO的鍵結強度增加,表面上的(_^*)CO濃度因此升高。在適當應力區域,二碳中間體(_^*)OCCOH形成能會增加,並且在特定應力下此幅度大於一碳中間體(_^*)CHO約0.2eV,使得二碳產物的法拉第效率將有所提升。我們也藉由電子結構效應及立體結構效應解釋這些現象可能的原因。在本篇研究中,我們也發現在擠壓的應力下可能存在適於產生3C產物的表面銅原子排列,對後續材料的設計提供參考。
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    硫化亞銅修飾二硫化錫形成奈米異質結構來提升光催化二氧化碳還原效率之研究
    (2018) 簡理軒; Chien, Li-Hsuan
    本研究利用人造光合成作用系統將二氧化碳還原轉換成碳氫化合物,作為未來新興的替代性能源,以期改善愈趨被重視的環境及能源議題,本研究以溶劑熱法合成二硫化錫與硫化亞銅,由於兩種材料的能隙大小與位置能讓二氧化碳還原反應發生,並以異質接面方式混合兩種半導體材料,有效的將激發後所產生的電子與電洞分離,並降低電子電洞輻射復合的現象,使其有較多的激子能夠飄移至材料表面進行二氧化碳還原反應;在本研究中,首先就材料的晶體結構、成份比例及元素、光學性質等特性分析,再利用氣相層析,發現二硫化錫與硫化亞銅分別能產出乙醛及甲醇,兩者材料在二氧化碳還原上具有不同之特性,經由混合兩材料形成異質結構,發現能產出乙醛與大量的乙醇,並有效地提高光化學量子轉換效率,可達到約0.048%,且乙醇是能作為燃料的碳氫化合物,最後藉由改變兩種材料的混合比例來優化反應效率,在不同比例下,本研究發現以0.5:1的比例混合硫化亞銅與二硫化錫,相較於其他比例,光化學量子轉換效率能提高至0.072%,從此研究,能證明利用p-n異質接面結構方法,能有效提高光觸媒在二氧化碳還原反應上的效率。