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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Item 理論計算探討Rh/CeO2(111)表面上(2007) 劉士弘; Shih-Hung Liu隨著化石燃料的日漸枯竭,人們正在找尋可以替代石油的能源來源。而氫氣(H2)是目前較佳的燃料之一,將氫氣使用於內燃機引擎中,其燃燒產生的物質對環境是沒有污染性的。此外,氫氣也可以應用於H2/O2燃料電池的高效率發電方面,且具有相當的實用價值。乙醇可以當做是氫氣主要的來源之一,乙醇在合適的氧化物表面上時,加以合適的溫度,可以有絕佳的催化效果,而產生高效率的脫氫反應。在本文中,我們利用週期性的電子密度泛函理論的計算方法,探討乙醇在Rh/CeO2(111)表面上之可能的分解反應機構。結果發現,乙醇若以該分子的氧端吸附在Rh/CeO2(111)表面的Ce原子上,比起其他表面原子而言(例如Rh與O原子),將有著較高的吸附能。是故乙醇首先將會以該氧端吸附在Rh/CeO2(111)表面的Ce上,而形成CH3CH2O(H)–Ce(a),再藉由接續的脫氫反應(斷去O–H以及H2C–H),計算所得能障分別為12.00以及28.57 kcal/mol,之後形成一個穩定六員環的中間物Rh–CH2CH2–Ce(a) (oxametallacycle)。此外,分別計算所脫附的氫原子在表面的不同原子上(Ce, Rh和O),發現氫原子吸附在氧上有著最高的吸附能(Eads = 101.59 kcal/mol)。再者,該中間物會先在α-碳上接連斷去兩個C–H鍵而形成吸附中間物 Rh–CH2CO–Ce(a),計算所得能障分別為34.26和40.84 kcal/mol。最 後Rh–CH2CO–Ce(a)將藉由斷去C–C鍵結(TSC-C ; Ea = 49.54 kcal/mol)而形成Rh–CH2(a) + 4H(a) + CO(g)的產物,最後這些產物在高溫下再產生脫附反應,而形成CH4(g) + H2(g) + CO(g)。 另一方面,我們在有水分子存在時之乙醇的脫氫反應能障相較於無水分子存在時,討探是否有降低的趨勢,結果發現有水分子的幫助,脫氫反應能障大致上有降低的趨勢。Item 以即時性漫反射傅立葉轉換紅外光譜儀探討乙醇氧化蒸氣重組在(Co, Rh)/(CeO2, YSZ)上之反應機制(2019) 林澤蒲; Lin, Tse-Pu在我們目前的研究中,我們使用即時性漫反射傅立葉轉換紅外光譜儀(in situ DRIFTS IR),系統式的檢測不同水醇比和氧氣比例之(Co, Rh)/CeO2和Rh/(CeO2, YSZ)催化劑在乙醇氧化蒸氣重組的反應,而我們透過這方式,來推測不同催化劑以及不同反應條件下之反應機構。催化劑使用含浸法合成,並透過X-ray粉末繞射分析儀(XRD)、能量散射光譜儀 (EDS)、程序升溫還原反應(TPR)和光電子能譜儀 (XPS)來鑑定其晶格、成分以及氧化態。比較(Rh,Co)/ CeO2的乙醇氧化蒸氣重組反應,我們的結果發現,在Rh / CeO2上容易快速脫氫而形成酰基陽離子(CH3CO)中間體,進而分解成CH4和CO,顯示了Rh擁有優良的斷碳碳鍵活性。比較Rh /(CeO2 ,YSZ)上的反應,Rh / CeO2上的大量CO脫附,確定了氧化物載體的優良儲氧能力;另外,乙醛與乙酸顯著的反應,對於Rh / CeO2催化劑產生CO2也有明顯的影響,這也代表著它有助於氧化的過程。而反應的結果顯示,大量的水氣比例增加會使氫氣的產率升高以及得到較低的CO和較高的CH4選擇率,而較高的氧氣含量,會使得反應產生更多的氧化產物,比如CO和CO2。Item 還原時間、鎳(Ni)的摻入及載體(CeO2, BZDy)對於鈷(Co)催化劑在乙醇氧化蒸氣重組反應之影響與反應機構探討(2018) 郭伯揚; Kuo, Po-Yang本實驗以含浸法來合成10%金屬鈷(Co)與鈷鎳合金分別附載於氧流動性之氧化鈰(CeO2)與親水性之鋯酸鋇摻雜鏑(BZDy)之催化劑,在進行乙醇氧化蒸汽重組反應(OSRE)前,催化劑分別在氫氣下進行還原0小時、還原1.5小時及還原4小時的前處理。催化劑鑑定方面使用能量散射光譜儀(EDS)、X-ray粉末繞射分析儀(XRD)、X-ray光電子能譜儀(XPS)、程序升溫還原反應(TPR)進行催化劑的特性鑑定。透過氣相層析儀GC分析產物選擇率、轉換效率及氫氣產率的催化性能。以原位漫反射傅立葉轉換紅外光譜儀(in situ DRIFTS IR)來推測乙醇氧化蒸汽重組之反應路徑。實驗結果顯示Co附載於親氧性之CeO2上時在OSRE反應過程中能很容易被氧化或還原,但Co在親水性之BZDy上則較難。兩者在氫氣還原4小時前處理下的反應性相似,但Co/CeO2表面活性氧較多,因此CO2選擇率較高,Co/BZDy表面活性氧較少,則CO選擇率較高。Ni摻入Co/CeO2後會使斷C-C鍵能力增強,也會使CO進行WGS反應而導致、H2產率及CO2選擇率提高,但同時也造成CH4選擇率較高及積碳失活的問題。在situ DRIFTS 實驗中,Co/CeO2的表面較具氧流動性,易使乙醛氧化成CH3COO-,而Co/BZDy的氧流動性較差,較易形成CH3CO-。氧氣的加入會促使CH3COO-及CH3CO-在200OC時就能斷C-C鍵而形成CH3 + CO2與CH3 + CO以及促使CH3和CO的氧化。Ni摻入Co/CeO2後會使得acetate的訊號較小,代表Ni對於斷C-C鍵有很高的活性。Item 金屬鈷(Co)附載於不同氧活性之載體(CeO2, BZDy)對乙醇氧化蒸氣重組反應之影響與反應路徑探討(2017) 邱耀慶; Ciou, Yao-Cing本實驗使用10 %金屬鈷(Co)分別附載於親氧性之氧化鈰(CeO2¬)與親水性之鋯酸鋇參雜鏑(BZDy)上進行乙醇氧化蒸氣重組反應之探討。催化劑的製備方法為含淨法,催化劑之鑑定使用粉末繞射分析儀(XRD)、能量散射光譜儀(EDS)、程序升溫還原反應(TPR)與X光光電子光譜(XPS)進行。反應之測定使用氣相層析儀(GC)分析產率與選擇率之結果、in situ漫反射傅立葉轉換紅外光譜儀分析反應中間物與程序升溫還原反應(TPR)分析催化劑之狀態。在水與乙醇比例為1:7下,改變氧氣比例之反應,產率與選擇率結果之部分,當C/O ratio約為0.61,在Co/CeO2氫氣最高產率為77 %,CO/CO2選擇率分別為37 % / 59 %,CH4選擇率低於1% ,而Co/BZDy在C/O ratio = 0.61,最高氫氣產率為80 %,CH4/CO2選擇率分別為12 % / 83 %,而CO選擇率低於1 % ;水與乙醇比例為1:1、1:3與1:7時,Co/CeO2之最高氫氣產率分別在C/O ratio = 0.7為51 %、在C/O ratio = 0.6為76 %與在C/O ratio = 0.6為77 %,而Co/BZDy分別在C/O ratio = 0.7為60 %、在C/O ratio = 0.6為74 %與在C/O ratio = 0.6為81 %,由氫氣產率變化的結果表示Co/BZDy較Co/CeO2雨水反應之能力強;在水與乙醇比例為1:7下,C/O ratio為0.61時,改變溫度之結果氫氣產率可以顯示不同載體對氧與水受溫度影響之狀況,在溫度為450oC到600oC,Co/CeO2最高為45 %,而在350oC到450oC時,Co/BZDy之最高氫氣產率為150 % ,此顯示Co/CeO2較易與氧氣反應,造成H2被氧化為H2O,而Co/BZDy較易與水反應,使H2O之H形成H2。在in situ DRIFT之光譜結果顯示出 Co/CeO2與Co/BZDy之反應中間物皆出現acetate (CH3COO),而其在不同載體之催化劑上會因親氧性與親水性的不同產生不同的細微變化:Co/CeO2因CeO2造成親氧性較強,使acetate斷C—C鍵後生成之COO易於離去生成CO/CO2,而CH3分解為C與H產生CO、H2、H2O;Co/BZDy因BZDy親水性較強,使acetate斷C—C鍵後生成之COO形成CO2,而CH3與水產生之H形成CH4。由反應後之TPR結果顯示,Co/CeO2¬¬之Co反應時為Co0之狀態,而Co/BZDy反應時之Co形成Co3+之狀態。由此三者分析之結果,推論出Co/CeO2¬與Co/BZDy之可能反應路徑。Item 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。