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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    以理論計算方法探討CO在Cu(711)表面上的電化學還原
    (2019) 辜敏韶; KU, Min-Shao
    在現今社會中,使用銅做為電催化電極是現今將二氧化碳電還原成許多有用的燃料的其中一項主要方法。透過製備不同的銅電極材料表面來區分各種催化途徑成為CO2電還原化學最關注的主題之一;而催化體系設計的成功與否,取決於是否提高還原CO2的選擇性。利用理論計算,我們研究Cu(711)表面,以了解早期實驗觀察所顯示的C-C耦合的有趣選擇性。通過分析沿著CO2還原機理的各種關鍵中間體的電子結構,可以為設計用於Cn(n≥2)烴合成的Cu電極材料的新形態提供進一步的見解。
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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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    以理論計算探討在銠金屬奈米團簇上之化學反應: I. 一氧化氮在銠(鎳)金屬奈米團簇上的斷鍵反應 II. 二氧化碳在不同環境下的銠金屬團簇坐落於氧化石墨烯上進行分解反應的催化性質 III. 乙烷、丙烷及正丁烷在13顆銠金屬團簇坐落於開鍊式氧化石墨烯、二氧化銥與二氧化鈦表面上的脫氫反應
    (2016) 張鈞智; Chang, Chun-Chih
    我們利用空間週期性來探討一氧化氮(NO)吸附在19顆雙二十面體的銠(Rh19)及鎳(Ni19)金屬奈米團簇上來進行斷鍵反應。其中,在雙二十面體的結構上具備一rhombus-center的結構,而當一氧化氮分子分別吸附在Rh19 、Ni19的rhombus-center位置上,其吸附能為-2.53 eV與-2.78 eV,且一氧化氮其鍵長會由氣態時的1.16 Å分別被拉長至1.33Å與1.35 Å,此時,一氧化氮分子在銠金屬團簇rhombus-center位置上進行斷鍵所需克服的活化能為0.24 eV,而在相同位置上,在鎳金屬團簇上所需克服的活化能則為0.42 eV。因此,我們也利用電子分析方法(LDOS、Charge-difference)來研究一氧化氮與奈米團簇(Rh19 、Ni19)間的電子性質,其結果指出雙二十面體團簇所具有”凹陷型”(rhombus-center)特殊的結構能夠降低一氧化氮斷鍵的活化能。 藉由金屬奈米結構對於催化反應的影響,接下來我們繼續探討有關於二氧化碳分子分別在銠(111)表面、不同結構的13顆銠金屬奈米團簇(Rh13)與不同結構的13顆銠金屬團簇坐落於氧化石墨烯(Rh13/UGO)上進行分解反應之活性。在我們的計算結果中,因銠金屬團簇坐落於氧化石墨烯上的吸附能小於銠金屬團簇的凝聚能,故銠金屬奈米團簇會傾向以奈米結構存在而不致於分散於氧化石墨烯上。因此,我們系統性將二氧化碳分子吸附於銠(111)表面、13顆銠金屬奈米團簇與13顆銠金屬團簇坐落於氧化石墨烯上,發現二氧化碳分子吸附在13顆正二十面體銠金屬團簇坐落於氧化石墨烯(Rh13-Ih/UGO)上有最大的吸附能-1.18 eV,此時二氧化碳分子中的碳-氧鍵由氣態的1.17Å被拉長至1.29Å。接著,當二氧化碳分子在13顆正二十面體銠金屬團簇坐落於氧化石墨烯上進行斷鍵之活化能為0.45eV,相較於二氧化碳在無支撐物下的13顆正二十面體銠金屬團簇(Rh13-Ih)上去進行斷鍵反應之能障還要低約0.38eV,這也表示藉由開鍊式氧化石墨烯的幫助可以更有效提升銠金屬奈米團簇活性來轉化二氧化碳分子。 最後,為了瞭解底層支撐物對於金屬團簇催化活性的影響,故我們藉由探討乙烷、丙烷以及正丁烷等烷類分子於13顆低對稱性銠金屬團簇(Rh13-Ls¬)進行直接脫氫反應之活性,並且與13顆銠金屬團簇分別坐落於開鍊式氧化石墨烯(Rh13-Ls/UGO)、二氧化銥(Rh13-Ls/ IrO2)和二氧化鈦(Rh13-Ls/ TiO2)所形成三種不同系統來作系統性比較。 而在我們的計算結果中,這三種烷類的吸附能分別在四個不同系統中所呈現之大小依序為:Rh13-Ls/UGO ≈ Rh13-Ls/ TiO2 > Rh13-Ls > Rh13-Ls/ IrO2。 另外,當乙烷、丙烷以及正丁烷分子於Rh13-Ls/UGO系統上去進行第一步脫氫(末端氫)反應(CnH2n+2 → CnH2n+1 + H)分別形成乙烷基(-C2H5)、丙烷基(-C3H7)及正丁烷基(-C4H9),其所需活化能大小分別為0.21、0.22 和 0.16 eV;其所需能障皆為所有系統中最小的;反之,若在Rh13-Ls/ IrO2系統中,其脫氫反應所需活化能卻是四個系統中最大。因此,從計算出來顯示,我們了解到13顆銠金屬團簇可以藉由開鍊式氧化石墨烯的幫助來活化烷類分子,藉以提升脫氫反應之活性。而本論文中也利用詳細的電子分析(LDOS,Bader-charge和charge-difference等)來輔助我們了解其原因。
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    二氧化碳捕捉的分子動力學計算
    (2019) 余承庭; Yu, Cheng-Ting
    CO2 的回收和再利用是減緩全球變暖的關鍵。孔洞有機聚合物被認為是能加強 CO2 再循環技術的有前途的材料之一。我們進行了第一原理模擬,以苯環衍生物的各種模型比較取代基效應與CO2,N2和H2結合能,其中以 R-NH2 以及 R-COOH 為最佳官能化候選物。我們隨後開發了力場參數來模擬CO2 / PMBE ,CO2 / PMBA 和 CO2 / PMBOA 系統,以了解這些多孔材料對CO2 捕獲的方式為何,結果我們發現了當PMBOA 和PMBA 與 CO2 作用時發生了動能傳遞的現象,並且CO2 進入相轉換的溫度也以 PMBOA > PMBA > PMBE 的順序發生,證實官能基的修飾能加強材料對於 CO2 的吸附性。