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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    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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    銀/鉑奈米島狀薄膜於電漿子增強的光催化產氫應用
    (2021) 姚雅雪; Yao, Ya-Syue
    近年來全球對於環保課題逐漸重視,積極發展對於環境友善的綠色能源,使得氫能受到廣泛注意。由於產氫反應(Hydrogen evolution reaction, HER)的動力學相當緩慢,需要開發具有良好效率的催化劑,以促進反應發生。貴金屬鉑(Pt)被證實是最佳的產氫催化材料,但其價格高昂並且地球含量稀少限制其發展應用,因此需開發出鉑負載量低且高活性的催化劑。本實驗利用金種誘導生長法,結合金種和多侖試劑(Tollens’ ragent),在ITO導電玻璃上製作銀奈米島狀薄膜(Ag nanoisland film, Ag-NIF)。通過調控Ag前驅物(AgNO3)、Ag+穩定劑(NH4OH)和還原劑(glucose)的濃度與生長時間等參數來調整島與島間隙(Gap)。接著在溴化十六烷基三甲銨 (CTAB)、抗壞血酸 (AA)、60℃環境下,以銀島狀結構做為模板,利用賈凡尼置換反應(Galvanic replacement),將鉑還原至銀表面形成銀/鉑奈米島狀薄膜(Ag/Pt-NIF),利用SEM圖研究奈米結構表面的變化,並利用感應偶合電漿質譜儀(ICP-MS)進行元素定量分析,最後將此材料應用在光催化產氫反應。結果顯示,催化效果最好的樣品Ag/Pt-NIFs (500 μM)置換比例為10:1(Ag: Pt),鉑含量僅有0.01396 mg/cm2;此外,當Ag/Pt-NIFs置換比例為70:1時,Gap distance約為15.2 nm其光催化產氫增強效果最好,僅需0.00264 mg/cm2鉑負載量,在電流密度為-10 mA/cm2時,與沒照光相比,照光後過電位降低約96 mV。由於銀奈米島狀結構具有強烈的表面電漿共振(Longitudinal surface plasmon resonance, LSPR)效應,其吸收光譜可以從可見光到近紅外光的範圍,實驗結果證明我們的銀/鉑奈米島狀薄膜在光催化可提升產氫的表現。
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    具可調控空腔尺寸和表面電漿激發波長的搖鈴形金屬電漿子材料的合成
    (2019) 劉祐丞; Liu, You-Cheng
    搖鈴形奈米材料是金屬核-殼顆粒,其核和殼之間由導電的金銀合金相連。由於它們在空腔內具有非常高的電場增強,因此這些奈米粒子被認為是一類有前途的奈米粒子。以往的困境為實驗再現性和當中心金屬芯移動時造成軸對稱性的損失,進而導致奈米空腔尺寸和電場增強位置無法定義。我們的合成方法使中心金奈米棒牢固地固定在長方體框架中,形成軸對稱的奈米結構。我們經由穿透式電子顯微鏡(TEM)、掃描式電子顯微鏡(SEM)、場發射掃描穿透式球差修正電子顯微鏡的元素分析(STEM& EDS)和多功能原子力顯微鏡(AFM)定義搖鈴形奈米材料的結構。本文研究了具有不完全的金屬置換反應的穩定中間產物的消光光譜演化。透過添加不同量的Au3+離子,製備一系列從金/銀-核/殼奈米長方體到金奈米棒-金銀合金框架的搖鈴形奈米結構。可以觀察到樣品的懸浮液有明顯的顏色變化。縱向表面電漿共振波長涵蓋的位置從660到1000 nm。我們透過電磁模擬研究了光譜的變化,發現尺寸增大和空腔的形成對於光譜變化有著重要作用。
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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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    雙界面活性劑系統之金奈米棒的合成與金奈米棒之表面修飾以及再生長銀
    (2018) 林士堯; Lin, Shih-Yao
    使用雙界面活性劑系統合成出不同大小以及長寬比的金奈米棒,探討每個條件對於尺寸的影響,尺寸對於金奈米棒的表面電漿共振現象有何種影響及表面修飾過後的奈米金棒在光譜及電子顯微鏡下會如何改變,並對其表面做官能基修飾或者在表面上沉積銀原子形成金-銀雙金屬結構。由於金奈米棒的各向異性導致其具有不均勻的電磁場強度分佈,金奈米棒的兩端對於訊號(如螢光、拉曼散射光)有明顯增強的效果,因此在兩端接上具有螢光放光的金奈米團簇預期會使螢光強度增強。實驗中,表面的官能基修飾選擇使用含有硫醇基的聚合物,方便之後修飾在金奈米棒的表面,聚合反應則是以N-羧酸酐聚合法,合成出直鏈聚合物。聚合物之末端帶有氨基,能透過EDC/NHS與帶有羧酸的分子進行交聯反應,使其固定在聚合物的末端,達到固定在金奈米棒表面的目的。表面修飾後的金奈米棒可選擇性的在兩端接上物質,探討兩端強電磁場對於物質的螢光訊號影響。此外,在金奈米棒上沉積銀原子形成金-銀雙金屬結構(Au/Ag-Core/Shell) (Au@Ag nanocuboids),探討其在光譜上的變化,之後透過Galvanic Replacement reaction使用CTAC-Au(III)溶液將銀殼表面部分置換成金殼,形成具有空腔之金棒-金殼結構(gold nanorattles),這樣的結構在空腔內也具有很強的電磁場分佈,期望能在空腔的部分載入螢光物質,預測會有更高的訊號增強。
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    選擇性二氧化矽包覆金奈米棒之製備與螢光增強效應研究
    (2017) 林孟儒; Lin, Meng-Ju
    本研究利用不同長寬比3.5以及4.6之金奈米棒(其吸收波長分別是750nm和890nm),包覆一層二氧化矽於側邊上,並露出兩端點,形成一種類似“熱狗”的構型,探討其應用於螢光增強之效應。由於侷域化表面電漿共振的現象,金奈米棒可以增強螢光分子的螢光放光強度,尤其是金奈米棒的端點,可以提供較高的電場環境,因此端點上的螢光分子能有較高的螢光增強倍率。 在不同長寬比之金奈米棒的螢光增強測試中,以較長之金奈米棒的螢光增強倍率最佳。相較於長寬比為3.5的金奈米棒的螢光增強倍率(最高倍率為2.81倍),長寬比4.6的金奈米棒可以有效增強螢光訊號至6.81倍。長度較長之金奈米棒之所以能有較高的增強倍率,是因為較長的金奈米棒端點能提供更強的電場環境,使得螢光分子與金奈米棒產生較強的電磁耦合現象,得到強度較強的螢光放光。然而利用二氧化矽選擇性包覆在金奈米棒上的特性,使得螢光分子能集中在金奈米棒的端點上,得到最大的螢光增強效果。
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    金奈米棒SPR在有機溶劑中的化學位移偵測及金與硫化鎘包覆結構中SPR引發螢光增強之探討
    (2005) 吳仁家; Jen-Chia Wu
    摘 要 PARTⅠ 就我們所知的文獻當中,我們在研究中發現的金奈米棒在不同的有機溶劑中的表面電漿共振吸收變化,是首度在實驗中被觀察到。我們成功利用簡單的靜電作用,將水相的金奈米棒相轉移到有機相當中。並且在研究當中我們發現金奈米棒的長軸最大吸收波長,隨不同有機溶液的折射率的改變呈線性關係,此結果與我們所提出的理論是吻合的。這樣的結果表示出,金奈米棒可被用來作為環境介質介電常數偵測的新型感測材料。 PARTⅡ 我們成功合成出Au@CdS殼層包覆結構。在吸收光譜及螢光光譜的測量中,我們可看到金奈米粒子與硫化鎘的特性吸收及放光光譜,並且透過分析式電子顯微鏡的元素分析與結構鑑定得以確定其殼層結構與組成成分。這樣的包覆結構合成主要是在探討,金奈米粒子表面電漿共振效應引發的光學增強效應。實驗中,比較Au@CdS殼層包覆結構與CdS的螢光光譜,發現Au@CdS殼層包覆結構有較強的放光。此可能是因為金的表面電漿共振帶與CdS放光位置靠近,造成CdS放光的增強。此外,亦有可能是金奈米粒子表面電漿共振使CdS電子電洞的結合率變快,造成螢光上的增強。