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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    金奈米雙錐體/奈米棒之自組裝用於螢光增強研究
    (2023) 吳立中; Wu, Li-Chung
    金奈米材料的尖端因表面電漿共振(Localized Surface Plasmon Resonance, LSPR),在尖端處擁有較強之電場增強的有去特性。對由於金奈米顆粒表面的保護基可導致其親疏水性的改變,本研究利用不同的硫醇作為保護基修飾金奈米材,一方面控制其表面之親疏水性,另一方面可控制其懸浮於極性與非極性溶液的界面間,將金奈米材料在玻璃基板等平面上進行自組裝排列。利用掃描式電子顯微鏡觀察排列的情況,可以發現金奈米雙錐體的端點指向中心,排列成一類似寄木細工的圖樣(Yosegi patterns)。此一自組裝方法,成功的使金奈米雙錐體的端點相互靠近,並預期在金奈米材料端點對端點的間隙處,會有更強的近場電場增強。本研究中,以近紅外光螢光分子(near-infrared fluorescent dyes)的螢光增強作為研究的重點,選用Streptavidin-IR800作為螢光染劑,藉由金奈米顆粒的自組裝(self-assembly)技術排列出有序的金屬奈米薄膜圖樣,使其電場增強的性質能更加突出,相較於單純的有玻璃基板能夠有效的提升螢光的訊號強度1477倍。此一技術將使金奈米材料未來在光學及奈米生醫檢測方面有更多的應用與發展機會。
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    金/銀奈米島狀薄膜的電漿子增強光催化二氧化碳還原的研究
    (2021) 許田叡; HSU, Tien-Jui
    摘要 近年來全球暖化日益嚴重,其中二氧化碳是溫室效應的重要因素之一,因此封存二氧化碳以降低大氣中的二氧化碳濃度,成為人類近年來的重要課題。利用太陽光的能量,在光催化劑上驅動二氧化碳轉化為可再生能源,提供了一個環保且永續的策略。目前以半導體氧化物為主的光催化劑已經有許多文獻發表,但受限於有限的光譜吸收範圍,使其光催化效率有所耗損。由近期的文獻可知,使用貴金屬作為光催化劑,可以產生如甲烷、乙烷、丙烯等碳氫化合物,使其在光催化的領域上逐漸嶄露頭角,成為具有潛力之光催化劑,但其產率及選擇率仍有很大的進步空間且對於反應機制了解有限。本篇材料使用晶種成長法製備金奈米島狀薄膜(Au nanoisland films, Au-NIFs)以及銀奈米島狀薄膜(Ag nanoisland films, Ag-NIFs)。由於金屬奈米材料具有強烈的表面電漿共振(Localized surface plasmon resonance, LSPR)效應,可提升光催化活性,增強二氧化碳還原反應(CO2 reduction reaction, CO2RR)。本篇將Au/Ag-NIFs生長於ITO玻璃上,研究其光催化效果,並進一步藉由控制gap distance的大小,分析金屬奈米島狀結構,以探討對還原產物的選擇性及產率的影響。由光催化結果可得知,Au-NIFs的gap生成可以促進CH4形成,而island及nanoparticles (NPs) (不同Ag-NIFs的生長狀態)之光催化效果分別與gap length和gap distance關係呈正相關。另一方面,與Au-NIFs相比,Ag-NIFs具有較高的CH4產率及選擇性,且Ag NPs 較Ag-NIFs可能更適合用於CH4的CO2RR。由實驗結果可知,Au/Ag-NIFs的生成可以提升CO2RR光催化效果。未來期許本實驗所製備之材料可應用於光電催化二氧化碳還原領域。
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    製備銀奈米島狀薄膜及螢光增強測試
    (2018) 陳柏均; Chen, Po-Chun
    近年來,金屬奈米材料合成方法眾多,本實驗是利用無電電鍍法製備銀奈米島狀薄膜(Silver-Island Films,SIFs),以液相二次生長法,並用奈米金的晶種為基底,前驅物為硝酸銀(Silver nitrate),並以葡萄糖(D-glucose)為還原劑生長銀奈米島狀薄膜。金屬增強螢光(Metal-Enhanced fluorescence,MEF)已有許久的歷史,金屬增強螢光受到許多研究人員的矚目及被廣泛的利用,由於金屬材料的局部表面電漿共振(localized surface plasmon resonance,LSPR)效應,且具有LSPR的奈米銀島狀薄膜與表面螢光分子streptavidin-IR800互相作用,使得螢光訊號放大。為了得到螢光值最佳放大倍率,測試一系列的條件:硝酸銀濃度、氨水濃度、反應時間、不同的表面修飾。測試結果為硝酸銀為500μM、氨水濃度為39.25mM、反應時間為5分鐘時,並且以硫十一醇(11-mercapto-1-undecanol,11-MUD)修飾銀奈米島狀薄膜表面,得到最高的螢光值,螢光增強倍率為456倍。成功的在玻璃片上,生長銀奈米島狀薄膜,其優點為快速、且對環境無害。由於此薄膜具有螢光訊號放大的效果,所以銀奈米島狀薄膜可以應用於生化檢測。
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    製備金銀合金奈米島狀薄膜及螢光增強測試
    (2019) 陳信仲; Chen, Sin-Jhong
      金屬奈米材料的局部表面電漿共振(Localized Surface Plasmon Resonance,LSPR)現象對螢光物質有螢光增強效果。此效果稱之為金屬增強螢光(Metal-Enhanced fluorescence,MEF),一直以來金屬增強螢光效果被科學家們廣泛利用。   在各種金屬奈米材料合成方法中,本論文實驗是使用簡單無電鍍法方式來製備金銀合金奈米島狀薄膜。在溶液相中透過二次生長晶種方法,將金屬奈米金粒子當作晶種附著在玻璃基材上。利用羥胺為還原劑將金離子還原並藉由晶種持續長大在玻璃基材表面上形成金奈米島狀薄膜。然後這之上再利用葡萄糖為還原劑將銀離子還原並在金奈米島狀薄膜表面形成金銀合金奈米島狀結構薄膜。   為了得到螢光值最佳放大倍率,實驗一系列的優化條件。通過控制溶液不同長晶時間、不同離子濃度以及不同生長溫度,期望製作出最理想金銀合金奈米島狀薄膜。並且具有 LSPR 的金銀合金奈米島狀薄膜與表面螢光分子streptavidin-IR800 互相作用,使得螢光訊號放大。透過修飾硫十一醇(11-mercapto-1-undecanol,11-MUD)的金銀合金奈米島狀薄膜表面,使得螢光分子可以鍵結在島與島之間空隙中,得到螢光值最佳放大倍率。   此實驗方法對環境無害、簡單且容易製備。可應用於檢測環境方面以及醫學生物相關應用,具備精準、快速且高靈敏度的優點。檢驗時只需少量的採樣樣品,即可有明顯強大的訊號。在醫學生物檢測方面可以幫助人們在日常生活中方便快速,偵測評估自己的生理狀況。 關鍵字:表面電漿共振、金屬增強螢光、金銀合金奈米島狀薄膜
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    奈米複合材料局部表面電漿共振光纖毛細管偵測器的發展與應用
    (2017) 黎育蕙; Li, Yu-Huei
    在光纖毛細管(FOCap)內塗佈奈米複合材料,透過局部表面電漿共振(LSPR)量測揮發性有機化合物(VOCs)之含量,並成功串聯氣相層析儀(GC)做為氣相層析偵測器。為了使偵測器能夠應用於微小化氣相層析系統,本研究使用低功率的發光二極體(LED)搭配鎖相放大器(LIA)增強光電二極體之訊號。在FOCap中分別塗佈受中孔洞二氧化矽保護的奈米金粒子複合材料(SiO2@AuNPs)和受碳鏈保護的奈米金粒子於多孔聚合物內(C12-AuNPs@poly(GMA-EDMA))作為感測材料,使用光譜儀測量LSPR吸收光譜,光譜的變化量足以偵測VOCs且吸脫附時間不會過長,兩種材料皆有當作GC偵測器的潛力。SiO2@AuNPs光纖毛細管偵測器對於常見的VOCs皆有良好的靈敏度,尤其對於極性較高之化合物偵測感度更佳。分析物極性不同,SiO2@AuNPs毛細管偵測器對其吸附作用力亦不相同,因此每個化合物都有不同的偵測下限(LOD),範圍介於2.56-274.4 ng,雖然對極性化合物有良好的偵測下限,但在再現性測試的實驗中發現回收率及再現性表現不如預期。為了使光纖毛細管偵測器能夠應用於微小化GC系統,使用放光範圍落在奈米複合材料LSPR範圍的LED作為光源並以光電二極體擷取訊號。在LED光徑上放置光束斷續器改善雜散光的干擾,搭配LIA以增強光電二極體的訊號,C12-AuNPs@poly(GMA-EDMA)光纖毛細管偵測器在此實驗裝置下有更好的偵測表現,最低的偵測下限為4.2 ng (左旋檸烯),本研究成功開發具低功率、高表現性等優點的微小化GC偵測器。