化學系
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國立臺灣師範大學化學系座落於公館校區理學院大樓。本系成立於民國五十一年，最初僅設大學部。之後於民國六十三年、七十八年陸續成立化學研究所碩士班和博士班。本系教育目標旨在培養化學專業人才與中等學校自然及化學專業師資，授課著重理論及應用性。本系所現有師資為專任教授25人，另外尚有與中央研究院合聘教授3位，在分析、有機、無機及物理化學四個學門的基礎上發展跨領域之教學研究合作計畫。此外，本系另有助教13位，職技員工1位，協助處理一般學生實驗及行政事務。學生方面，大學部現實際共322人，碩士班現實際就學研究生共174人，博士班現實際就學共55人。
本系一向秉持著教學與研究並重，近年來為配合許多研究計畫的需求，研究設備亦不斷的更新。本系所的研究計畫大部分來自國科會的經費補助。此外，本系提供研究生獎助學金，研究生可支領助教獎學金（TA）、研究獎學金（RA）和部分的個別教授所提供的博士班學生獎學金（fellowships）。成績優良的大學部學生也可以申請獎學金。
本校圖書館藏書豐富，除了本部圖書館外，分部理學院圖書館西文藏書現有13萬餘冊，西文期刊合訂本有911餘種期刊，將近約3萬冊。此外，西文現期期刊約450種，涵蓋化學、生化、生物科技、材料及其他科學類等領域。目前本系各研究室連接校園網路，將館藏查詢、圖書流通、期刊目錄轉載等功能，納入圖書館資訊系統中，並提供多種光碟資料庫之檢索及線上資料庫如Science Citation Index，Chemical Citation Index，Chemical Abstracts，Beilstein，MDL資料庫與STICNET全國科技資訊網路之查詢。
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Item 金屬有機骨架複合材吸附揮發性有機化合物之研究與軟性X-ray巨觀結構鑑定技術(2024) 湯博翔; Tang, Po-Hsiang本論文主要使用金屬有機骨架(Metal-Organic Frameworks, MOFs)與高分子複合進行揮發性有機汙染物的吸附移除，其中探討了靜態和動態等不同種類的吸附方式，並以理論計算來模擬和佐證實驗結果。後面的部分展現一種新型態的穿透式軟性X-ray成像方式，來建構非均相材料在巨觀結構的實際構形。論文第一部分為了能符合工業化的需求，我們針對MIL-68(Al)的製備做了改良，與先前報導相比，選用了更為環境友善的異丙醇(IPA)作為合成的主要溶劑，同時藉由晶種的預添加，成功地將製程的產能擴大至原先的500倍，並且在三次的溶劑回收重複合成實驗中，也取得優異的成果，在X-ray繞射圖譜以及N2表面積孔徑分析儀的結果表明，放大製成的產品效能與小量製程的效能一致，甚至更為優異。針對新製備方式的MIL-68(Al)，示範了其對乙酸(AA) 吸附能力，即使在100 ppm 的低起始濃度下，也顯示出良好的AA 去除率(100% 去除率)，表現出比市售活性碳和沸石更好的吸附效能。論文的第二部分同樣進行VOCs的吸附實驗，首先將多種MOFs進行對氣相的甲苯氣體的吸附實驗，進一步將MOFs與聚乙烯醇(PVA)複合生成MOF@PVA的複合粒材，並製備了不同比例的 MOF@PVA 珠複合材料，找出孔隙率最佳的比例進行揮發性有機物的吸附測試。結果成功製備出10%、20%、30% PVA/MOF混摻比例的高分子顆粒，且10% MIL-68@PVA有著高達0.7 g/g的甲苯氣體吸附量，與市售活性碳和沸石吸附劑相比有著1.5~3倍的吸附優越性。而在低濃度的甲苯動態吸附測試結果中，10% HKUST-1@PVA顆粒卻有著比10% MIL-68@PVA顆粒更好的甲苯吸附效率，總吸附量接近3倍差距，並且透過動力學模型的模擬成功找出了較適合解釋在低濃度動態下微孔MOFs對甲苯的吸附機理，表明在高濃度甲苯環境如工廠中更適合以MIL-68@PVA顆粒作為吸附劑，而低濃度工業及家庭廢氣則更適合小孔徑的HKUST-1@PVA。論文的第三部分介紹了一種新型態巨觀結構的鑑定技術，利用軟X射線斷層掃描技術透過目視觀察不同激發能量在不同能帶中的相應圖像來檢查金屬有機骨架的多維結構，例如核殼和空心骨架，或是不同的金屬元素。結果表明，利用軟X射線斷層掃描（SXT）可以更為直觀的觀察結構中金屬的分佈，以及觀察MOFs所具有的中空孔類型。這項透過 SXT 對 MOF 進行的開創性評估顯示了多維金屬有機框架結構識別的出色性能。Item 四羧酸配位基金屬有機骨架從無序化到結晶態的快速結構轉變以及微量苯從環己烷中吸附分離應用(2024) 江奕臻; Jiang, Yi-Zhen近年來金屬有機骨架 (Metal-organic frameworks, MOFs) 材料的研究上顯示，結晶化的MOF是由成核、非序化再到結晶化的。由於結晶過程中不同的狀態會影響成核的速率以及結構的網絡，因此了解其中的生長階段對於想要針對特定應用的MOF的合成開發顯得非常重要。然而，MOF由非序化 (Disordered) 轉變到結晶態 (Crystalline) 的過程，並未見過往的研究提出任何機制探討。本研究分為兩個部分，第一部份想探討MOF非序化轉變到結晶化的關鍵原因。承續實驗室已經開發的溶劑脫附誘導非序化及缺陷結構，可快速驅動MOF結晶成有序孔洞結構，本研究將往更廣的面向去討論不同四羧酸配位基的MOF—NU-1000(Zr)、NU-901(Zr)以及MFM-300(M) (M=Al、Ga、Sc、Fe)，是否也具有類似的結構轉變現象。透過粉末X射線繞射 (PXRD)、場發射電子顯微鏡 (FE-SEM) 和比表面積及孔隙分析儀，本研究證明以雙溶劑交換 (Two solvents exchange, TOSE) 及加熱抽真空 (Heat under vacuum, HEVA)手法處理的產物依然保有與文獻記載相似的MOF結構、形貌及吸附性能。並透過結晶度計算以及自動電位滴定儀的實驗結果分析，證實了MOF晶格從初合成的非序化結構到因溶劑脫附誘發快速結晶化的過程。本研究更進一步大幅縮短了合成的時間，找出MOF能保持高度結晶性最佳的轉換方法。第二部分中，本實驗探討了如何在液相環境中將微量苯從環己烷中吸附移除。目前，全球生產的環己烷中約有80 ~ 85 %是透過苯的還原加氫反應獲得的，該反應會產生環己烷和殘留苯的混合物。由於苯具有相當高的毒性，並會對人體產生短期或長期的健康影響，因此生成環己烷時必須先純化，除去未反應的苯。根據目前市面上化學品公司的表明，環己烷的成品通常含有低於50 ppm的苯。本研究選用MFM-300(Sc)及MFM-300(Ga)作為吸附劑，其孔徑大小約為6.5 Å，具有四羧酸配位基與金屬團簇結合形成的通道型結構，可以有效的將苯捕捉在孔洞中，並且產生大量主體客體或客體客體之間的 π - π 電子作用力。本研究透過氣相層析質譜儀 (GC-MS)，分析攪拌吸附後環己烷溶液中微量苯的殘留量。結果表明，在苯濃度約為50 ppm左右的環己烷中加入MFM-300(Sc)或是MFM-300(Ga)作為吸附劑，經過七至八次吸附循環後可以有效的降低苯的含量至將近0 ppm。Item 利用金屬有機骨架進行分散式固相萃取搭配液相層析串聯式質譜技術分析單、雙及三磷酸腺苷化合物(2024) 王雨萌; Wang, Yu-Meng核苷酸化合物是生物系統中作為能量來源的基本生物分子，由核糖、含氮鹼基及磷酸基團組成，存在於生物體如植物、動物、細菌當中。金屬有機骨架（MOFs）由於其高表面積和均勻的孔徑，在吸附領域當中有廣泛的應用。近年来的文獻顯示出MIL-101-NH2 (Al) 從水中去除磷酸鹽的顯著潛力，而腺苷核苷酸化合物結構上帶有磷酸基團。本研究中，合成MIL-101-NH2 (Al)及MIL-160 (Al)並對其進行表徵。同時選擇 MIL-101-NH2 (Al)作為分散式固相萃取(Dispersive Solid-Phase Extraction, dSPE)的吸附劑，以 MIL-160 (Al)作為對照。使用cyanopropyl(CN)管柱並搭配超高效液相層析串聯質譜(UPLC-MS/MS)系統分對AMP、ADP 和 ATP三個核苷酸化合物進行分析。MOF搭配分散式固相萃取法進行優化結果表明，結果顯示在酸性環境下AMP、ADP 和 ATP 能夠被成功脫附出來。同時層析上能在14分鐘內實現了良好的分離，並且具有良好的準確性(82-121%)及精密度(0.4%-14.3%)，線性範圍為 1-1000 ng/mL，相關係數r> 0.995。偵測極限和定量極限分別為 0.5 ng/mL 和 1 ng/mL。本研究開發的基於 MOF 的 dSPE 搭配UPLC-MS/MS 方法在食品或生物樣品中具有巨大的應用潛力。Item 鋁金屬有機骨架在酸鹼溶液處理下晶態轉變之研究(2024) 呂沛儒; Lu, Pei-JuItem 金屬有機骨架疏水修飾及二氧化碳捕捉應用研究(2023) 黃嘉貞; Huang, Chia-Chen金屬有機骨架(Metal Organic Framework, MOF) 是一種常見的功能性孔洞材料，因其製備方法簡單、官能基可設計性、可調節的孔徑且具有高比表面積等優點使其成為研究中常見的材料。由於其微孔尺寸窄且具有路易斯鹼性位點可以作為二氧化碳捕捉的優良固體吸附劑。本研究以簡單的矽烷偶合反應使親水性MOF具有疏水性，成功解決濕度敏感MOF的水穩定性問題。疏水修飾後MOF的水接觸角顯著提高，A520(Al) C1-S 128∘、MOF-303(Al) C1-S 136∘、MIL-101-NH2(Al) C1-S 133∘、MOF-74(Mg) C1-S 98∘。經過疏水修飾後的MOF仍然保持著二氧化碳吸能力，A520(Al) C1-S 2.4 mmol/g、MOF-303(Al) C1-S 4.4 mmol/g， MOF-74(Mg) C1-S 4.5 mmol/g、MIL-101-NH2(Al) C1-S 3.4 mmol/g。研究結果顯示，具有Al-OH結構的MOF是製備矽烷疏水修飾MOF的關鍵條件，透過形成Si-O-Al鍵結，在MOF表面建立疏水塗層，降低與二氧化碳競爭吸附的水氣吸附量。Item 鋁金屬有機骨架由非序化中間物轉換至結晶態之研究(2023) 林鉊軒; Lin, Zhao-Xuan本論文研究鋁金屬有機骨架由非序化至有序化的結構轉換過程，在第一部分中，挑選三種不同結構的鋁金屬有機骨架，分別是MIL-53、MIL-100、CAU-10，在不同反應時間下合成非序化的中間產物後，透過雙溶劑置換及加熱抽真空將溶劑脫附並促使結構重排進而探討結晶化的過程，鑑定方式則用粉末X光繞射儀(PXRD)、場發射式掃描電子顯微鏡(FE-SEM)、比表面積及孔隙分析儀及熱重分析儀(TGA)等觀察MOF的結構、形貌及吸附性能等等，結果說明可以透過雙溶劑置換及加熱抽真空促使MOF骨架有序化，在PXRD中可以看到結晶訊號由非序化到有序化，且在較短時間合成的產物也具有與文獻時間合成的產物相似的性能。第二部分則針對熱/室溫DMF純化動作探討對MOF結構的影響，結果顯示在PXRD沒有表現出明顯的差異性，而經過熱DMF攪拌清洗的產物在比表面積及氮氣吸附量會有所下降，而在場發射式掃描電子顯微鏡可以觀察到MOF在經過熱攪拌清洗會具有尺寸較小的晶體出現，從上述結果顯示出熱DMF會對MOF造成破壞性。Item 鋯與鋁金屬有機骨架之溶劑脫附誘導結構快速轉換(2023) 李宣逸; Lee, Hsuan-Yi本論文主要在研究金屬有機框架 Metal – Organic Frameworks, MOF 的合成，特別注重於其快速結晶與相轉變的部分。研究步驟上，利用雙溶劑置換（Two Solvents Exchange，TOSE）與加熱抽真空（Heat under Vacuum，HEVA）可以達成 MOF 在合成時的溶劑脫附誘導結構快速轉換。每個步驟所獲得的樣品均有進行粉末 X 光繞射的鑑定，以便觀察其快速結晶與相轉變；也進行 77K 氮氣吸脫附的孔洞性質測試，結果顯示孔洞性質數據與文獻相近；樣品也進行 SEM 的測量，觀察其表面形貌與顆粒大小。在快速結晶化的實驗樣品性質鑑定上，ZrNDC I（Naphthalenedicarboxylate acid = NDC）與 AlNDC 藉由 TOSE& HEVA 兩個步驟的處置，使樣品快速的從非晶相轉變為晶相；氣體吸脫附實驗結果顯示，AlNDC 的吸附量與比表面積與文獻數值相近，ZrNDC I 則需要其他實驗優化方式來達成與文獻數值相近之結果。在相轉變的研究中發現，ZRN-bcu結構可以在適當的步驟下轉為 ZrNDC II。 綜合而言，本論文研究透過 TOSE & HEVA 這兩種活化的方式克服了一些合成上的困難，可縮短反應時間，也更了解合成反應機制，且其獲得的孔洞性質結果也與水熱法的結果相近。額外的，研究中也成功的新發現 Zr-MOF 彼此之間有結構的相轉變。Item 鋯金屬有機骨架無序到結晶化的快速轉換(2023) 黃依涵; Huang, Yi-Han本論文研究鋯金屬有機骨架 (Metal-Organic Framework, MOF) 從無序化到有序化快速轉換的過程，主要討論UiO-66、UiO-66-NH2和MOF-808這三個MOF。第一部分研究發現，鋯金屬MOF合成後的產物在尚未純化以及活化前，在溶劑中為非結晶態。通過雙溶劑置換（TOSE）和真空下加熱（HEVA）進行MOF合成的後處理，在PXRD圖可以看到晶相訊號的確有從弱到強的現象，也就是MOF從非晶相轉為晶相，且當反應時間縮短時，雙溶劑置換和真空下加熱的後處理方式也使MOF具有一定的結晶性。第二部分針對加熱反應方式進行探討，將烘箱改爲加熱攪拌，證明了這種一般的加熱反應方式相對烘箱加熱，可以更縮短反應時間時、容易量產化，也可使MOF具有好的結晶性，且比表面積與文獻資料沒有明顯差異。第三部分，文獻中雙溶劑置換的方式有簡單滴管清洗、室溫攪拌、加熱攪拌等，此處進一步討論了不同雙溶劑置換方式對MOF的影響，結果顯示室溫攪拌清洗的方式不利於缺陷的修復甚至破壞MOF的結晶性。Item SiO2@ZIF-67核殼微球應用於二氧化碳環加成反應(2022) 張椘涵; Chang, Chu-Han本研究利用多次重複合成反應成功將有機金屬骨架ZIF-67生長於二氧化矽球形模板上，形成SiO2@ZIF-67核殼材料，藉由改變核殼材料之尺寸大小、添加不同金屬離子或碳化材料等三種方法，探討對於二氧化碳環加成反應之催化活性影響。第一部分探討不同尺寸大小之球型二氧化矽，分別選用直徑大小為1、2、5與10 μm之二氧化矽作為模板，探討在不同尺寸模板下對於MOF含量的影響及二氧化碳耦和反應之差異。由實驗結果得知，直徑1 μm之核殼材料具有最高的活性，與其他催化劑相比可高出一倍的活性，其TOF值達到52 h-1。第二及第三部分為優化催化劑之催化效能。第二部分中，將Cu2+及Fe2+分別於合成過程中摻入，成功在不改變ZIF-67晶相結構，於二氧化矽表面形成雙金屬MOF(SiO2@M-ZIF-67, M = Cu or Fe)，使其同時具有兩種金屬，即為兩種活性位點。在催化反應的結果中，與SiO2@Cu-ZIF-67相比，SiO2@Fe-ZIF-67擁有較高的轉換率為88%。第三部分則是將製備好的SiO2@ZIF-67進行400、500及600 ℃的高溫鍛燒，形成SiO2@quasi-ZIF-67。鍛燒過後，二氧化矽表面的ZIF-67由於熱處理導致金屬及ligand的斷鍵，PXRD的結果表明其與原先的晶體結構完全不同，其中以500 ℃熱處理的SiO2@quasi-ZIF-67-500 ℃在催化實驗中，具有轉換率71%，其TON值高達249 h-1，為原先的六倍之多。關鍵字 : 金屬有機骨架、核殼微球、環加成反應、催化劑、碳化、雙金屬有機骨架Item 蜂窩狀整體式催化劑 Cordierite@MOFs 應用於二氧化碳環加成反應研究(2022) 廖智弘; Liao, Chin-Hung本論文旨在將金屬有機骨架材料塗布於蜂窩狀堇青石之催化劑載體，藉此製備整體式異相催化劑，應用於二氧化碳之環加成反應; 以整體式催化劑之形式相比於粉末型態催化劑，擁有提升催化劑在反 應後續處理之回收性及可重複利用性。本研究嘗試數種金屬有機骨架粉末，ZIF-67、PCN-222、PCN- 333(Al, Fe, Cr)、MIL-101 (Cr)、Al-TCPP、Al-TzDB、Al-TzDB-ZnPP 等，應用於 300 psi 的二氧化碳環加成反應。篩選出經由環加成反應 後，仍保有結晶性之 ZIF-67 及 Al-TCPP;並將兩者塗布於蜂窩狀堇 青石，後續成功合成出 Cordierite@ZIF-67 之金屬有機骨架複合材料， 將其用於二氧化碳還加成反應中。由實驗結果得知，相比於純 ZIF-67 粉末，Cordierite@ZIF-67 擁有較佳的轉化率(45 % v.s. 70 %) 及 TOF 值( 7 h-1 v.s. 90 h-1 )。且在環氧化物衍生物的催化中，也具有高度之催 化活性，擁有較高的轉換率(65 % - 89 %)。後續，將催化劑應用於 重複性測試中，在十次的循環催化實驗，平均轉換率仍保有 56 %。尤 其，此催化劑在後續回收上，並不需要複雜的分離動作，只需藉由簡 單溶劑清洗及乾燥，即可將其回收，可見其在工業領域中的發展潛力。