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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    第六族 (鉬、鎢) 與碲羰基團簇化合物之合成、結構、反應性及半導體性質之探討
    (2023) 游文羽; You, Wen−Yu
    Te−Mo/W−CO 系統 由不同比例的 Te 粉末、M(CO)6 (M = Mo, W) 和 Et4NBr 在 KOH/MeCN/MeOH 溶液中以一鍋反應合成得到一系列新穎的多核含碲之第六族過渡金屬羰基簇。它們包含籠狀 [Et4N]4[Te7Mo6(CO)20] ([Et4N]4[1])、籃狀 [Et4N]4[Te6Mo6(CO)15] ([Et4N]4[2a−Mo(CO)3]) 與碗狀 [Et4N]4[Te6W5(CO)12] ([Et4N]4[2b]) 化合物。化合物 1、 2a−Mo(CO)3 與 2b 皆具有高氧化活性並可與碘 (I2) 進行反應。當化合物 1 與 1:1 莫爾比的 I2並利用四氫夫喃 (Tetrahydrofuran, THF) 與乙腈 (Acetonitrile, MeCN) 作為反應溶劑,可得高產率之車輪狀化合物 [Et4N]2[Te8Mo6(CO)18] ([Et4N]2[3])。若化合物 3 與 I2 或 [Cu(MeCN)4] 進行氧化則不反應,顯示其車輪狀結構之高穩定性。此外,當籃形 2a−Mo(CO)3 或碗形 2b進一步與 1、1.5 或2.5 莫爾比的 I2 反應後,可以獲得一系列氧化產物:碗狀 [Et4N]2[Te6W5(CO)12] ([Et4N]2[4b])、扭曲三立方烷簇 [Et4N]2[Te12M10(CO)24] (M = Mo, [Et4N]2[5a]; W, [Et4N]2[5b]) 與中性化合物之 [Te12M10(CO)24] (M = Mo, 6a; W, 6b),其中碗狀化合物 [Et4N]4[Te6Mo5O2(CO)12] (2a−O2) 由 2a−Mo(CO)3 與氧氣反應所獲得,並以X光單晶繞射儀 (Single Crystal X−ray Diffractometer, SC−XRD) 證實其存在。此外中性化合物 6a 與 6b 進一步由高解析質譜 (High Resolution Mass Spectrometer, HRMS)、元素分析與X光單晶繞射儀證實。除氧化反應外,本研究亦將化合物 5a/5b 與 KOH 進行還原反應,根據紅外光譜及元素分析其產物為 Te12M10 (M = Mo, W) 基底的高負價產物 [Te12M10(CO)24]n‒ (M = Mo, 7a; W, 7b; n>2)。此多核 Te−Mo/W−CO 系列化合物的氧化價態與電子結構均藉由X 光電子能譜 (X−ray photoelectron spectroscopy, XPS)、125Te NMR 輔以理論計算研究。最後由固態反射式 UV−vis 光譜可知此系列化合物具有0.57−0.98 eV的低能隙與可調式之電導率 (8.95×10−8‒4.67×10−6 S/cm),它們良好的半導體特性可利用其結構與分子間弱作用力進行解釋。
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    貴金屬 (銅、銀) 嵌入第六族 (鉬、鎢) 與碲羰基團簇化合物之合成、結構、反應性及半導體性質之探討
    (2022) 石方俞; Shr, Fang-Yu
    由 Te 粉末、M(CO)6 (M = Mo, W) 和 Et4NBr 在 KOH/MeCN/MeOH 溶液下以不同比例反應可合成一系列新穎的多核含碲之第六族過渡金屬羰基化合物,[Te7Mo6(CO)20]4- (1)、[Te6Mo6(CO)15]4- (2) 與 [Te6W5(CO)12]4- (3)。X 光單晶結構分析顯示,化合物 1 為籠狀團簇物,而化合物 2 與 3 則以過渡金屬為中心連接外圍 Te 與過渡金屬羰基片段形成籃型與碗型化合物。當高負價化合物 1 與 1 當量的 [Cu(MeCN)4]+ 反應時,可成功獲得銅引入之籠狀化合物 [Cu@Te7Mo6(CO)20]3- (Cu@1)。若化合物 1 與 2 當量 [Ag(MeCN)4]+ 反應時,可獲得車輪型結構之氧化產物 [Te8Mo6(CO)18]2- (4)。此外,化合物 2 或 3 與 1 當量 [M'(MeCN)4]+ (M' = Cu, Ag) 反應時,皆可獲得雙銅或銀橋接兩個 Te6M5(CO)12 (M = Mo, W) 片段之高負價啞鈴型化合物 [M'2{Te6M5(CO)12}2]6- (M'= Cu, M = Mo, 5-Cu, W, 6-Cu; M'= Ag, M = Mo, 5-Ag, W, 6-Ag)。再者,當提高 [M'(MeCN)4]+ (M' = Cu, Ag) 之當量為 3與化合物 2 或 3反應,則可獲得一貴金屬橋接兩 Te6M5(CO)12 (M = Mo, W) 片段之化合物 [M'{Te6M5(CO)12}2]3- (M'= Cu, M = Mo, 7-Cu, W, 8-Cu; M'= Ag, M = Mo, 7-Ag, W, 8-Ag),其中化合物 7-M' 及 8-M' (M' = Cu, Ag) 之外圍兩 Te6M5(CO)12 片段皆具額外的 M‒M 鍵。從 X 光電子能譜 (XPS) 與 X-ray 吸收近邊緣光譜 (XANES) 得知化合物 5-M', 6-M', 7-M' 及 8-M' (M' = Cu, Ag) 中貴金屬 (銅、銀) 原子的氧化態趨近於 0 價。重要的是,固態反射式 UV-vis 光譜顯示此系列含碲之多核鉬及鎢羰基團簇物具有低能隙 (0.75‒1.10 eV),指出貴金屬引入後可有效調節其能隙,並表現出良好的半導體性質
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    矽於鎢表面上的擴散與成長
    (2015) 王晨育; Wang, Chen-Yu
    本實驗使用場離子顯微鏡研究矽原子吸附在鎢表面上的擴散行為與排列方式。藉由擴散運動實驗,我們得到單顆矽原子在鎢(110)和鎢(211)上的擴散活化能分別為0.66±0.04(eV)和0.48±0.01(eV)。在排列方面的觀察發現:鎢(110)上的矽原子在高覆蓋率時長成(2√2/√3×4/√3)R35.26結構;鎢(211)上的矽原子排成有間隔的直鏈狀結構;鎢(111)上的矽原子排成三角或直鏈型結構;鎢(411)上的矽原子排成(1×1)結構。 另外,我們為了蒸鍍鍺而嘗試了幾種方法,其中發現使用鎢舟是比較簡單有效的方法。
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    以場離子顯微鏡研究鎢表面上鈀吸附原子間的交互作用
    (2002) 黃意茹; Yi-Ju Huang
    在這個研究報告中,研究了在鎢(211)面及鎢(110)面上,鈀吸附原子間的交互作用。在鎢(211)面上的同一通道中,二個鈀原子易形成距離最小(2.74埃)的雙原子團且以此結構在通道中擴散,二者間的交互作用能與次靠近結構的交互作用能相差為-110.2meV,雙原子團的擴散活化能為Ed=0.59±0.01eV。當二個原子間的距離越大,其交互作用呈現有吸引也有排斥的震盪現象。在鎢(110)面上,我們加以探討原子間多體的效應,選擇F3lin=-80meV、F3tri=F3bent=-8meV,其他如四個原子以上彼此之間的多體交互作用,在探討多個吸附原子的自由能時,是很重要的。除此之外,我們也探討了鈀原子團在鎢(110)面上擴散的機制,在雙原子團的擴散中,轉向且質心位移分別為2.23埃及1.58埃的機率與平移(質心位移為2.74埃)的機率差不多,它們都是原子向最鄰近位置運動二步而成,這也可由鈀三原子團發生平移(質心位移為2.74埃)的機率比轉向(質心位移為0)的機率大,而得到輔證。鈀雙原子團在鎢(110)面上的擴散活化能為0.65±0.01eV,鈀三原子團為0.68±0.01eV,當原子數目越多,擴散活化能越大,成單調增加,顯示鈀原子團的擴散皆為沿鄰近位置跳動組合而成,而無特別的交換機制。
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    覆鈀鎢針上成長金字塔結構及相關原子運動能障之研究
    (2002) 鄭隆傑; Lung-Chieh Cheng
    在這個研究工作中,我們觀察到覆鈀鎢針上成長的單原子尖端金字塔結構,並瞭解其熱穩定性,以及能夠重覆再生的特性。利用場離子顯微鏡,我們也同時觀察了與金字塔成長相關的原子過程,包括Pd吸附原子在鎢表面(112)、(110)、(111)平台上的擴散運動和下行運動;在鎢(111)平台的上行運動及台階邊緣的脫離運動,以及鎢(111)表面自由能造成的能量梯度。實驗的結果顯示出:Pd吸附原子在鎢(112)、(110)、(111)平台的擴散活化能分別為0.32±0.02,0.51±0.03,1.02±0.06eV;在台階邊緣的額外反射位障分別為0.29±0.03,0.27±0.02,0.61±0.01eV,由實驗觀察結果發現其下行運動的機制,應為跳躍的模式;Pd在W(111)台階發生上行運動時所需克服的能量位障=1.84±0.07eV,在台階邊緣的脫離位障=1.72±0.07eV,並且鎢(111)平台造成的能量梯度為0.013eV/4.47Å。由這些結果,對於Pd成長的金字塔結構能夠有更基本的瞭解。我們也嚐試著將鎢表面成長的單原子金字塔結構,運用在掃描穿隊顯微鏡的掃描探針中,這一方面的工作,仍有待繼續研究。