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 利用理論計算探討金屬團簇還原二氧化碳的催化反應(2024) 張庭瑜; Chang, Ting-Yu二氧化碳（CO₂）還原反應在減少溫室氣體排放和生產可再生能源方面具有重要意義，由於CO₂分子本身的高穩定性，使其還原過程具有挑戰性。本研究利用理論計算方法，探討了金屬團簇在CO₂還原反應中的催化性能，選擇了幾種具有潛在催化能力的金屬團簇，如鈀（Pd）、和鈷（Co）等金屬，並對其結構和電子性質進行了密度泛函理論（DFT）計算，比較不同團簇與CO₂分子的吸附能及反應路徑，發現這些團簇在特定條件下能夠有效地活化CO₂分子。接著，研究了CO₂在這些金屬團簇表面的還原反應機理，並計算了各步驟的吸附能，結果顯示，Pd和Co團簇在還原CO₂的過程中都具有較高的催化活性，研究結果表明，適當的表面修飾和反應條件可以進一步提升金屬團簇的催化活性和選擇性。總結來說，本研究通過理論計算證明了金屬團簇在CO₂還原反應中的潛在應用價值，為設計高效、選擇性的CO₂還原催化劑提供了重要的理論依據。Item 以密度泛函理論計算改良鹼性析氫反應之描述符(2022) 顏宏宇; Yen, Hung-Yu在過去的研究中，酸性的析氫反應只需計算氫的吸附自由能(∆GH*)，即可決定催化劑的好壞。在本篇研究中，我們利用3個鹼性析氫反應中最重要的參數：氫的吸附自由能(∆GH*)、氫氧根的吸附自由能(∆GoH*)、水解離活化能(Ea(water))，繪製出雷達圖，建構出一個簡單、有用的方法，來判斷較為複雜的鹼性析氫反應活性。一開始，本篇研究先計算單金屬銀(Ag)、金(Au)、鈷(Co)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鈀(Pd)、鉑(Pt) (皆為FCC (111)面)，並數繪製成雷達圖，與文獻值的交換電流密度對數(log i0)繪製成散佈圖後，發現兩者呈現高度正相關，代表雷達圖面積可以很好的對應鹼性析氫反應的活性。接著，本篇研究測試了以鉑(Pt)和鈀(Pd)為基底的雙金屬催化劑：Pt3M、PtM、Pd3M、PdM (M = Ag、Au、Co、Ni、Pd、Pt、Rh、Ru)，並且將雷達圖面積與功函數比較後，發現兩者呈線高度正相關，代表功函數也可以代表活性，並且以鉑(Pt)為基底的雙金屬催化劑的活性高於以鈀(Pd)為基底的雙金屬催化劑，其中又以Pt3Au為最高。最後，本篇研究也計算了非金屬催化劑Fe3O4(220)及FeP(111)，繪製出雷達圖後，其活性趨勢為FeP(111)> Fe3O4(220)，與實驗中磷化物的活性高於氧化物的趨勢相符。Item 醇胺化合物捕捉二氧化碳研究:從理論方法到分子動力學模擬(2014) 黎學謙; Hsueh-Chien Li自人類經濟活動蓬勃發展，石化燃料的大量使用，導致二氧化碳的排放量大增，進而引發極端氣候。在國際上目前提出的 碳捕捉與碳封存。乙基醇胺(mono-ethanolamine)、二乙基醇胺(diethanolamine)、三乙基醇胺(triethanolamine)為目前商用的碳捕捉劑，主要用於火力發電廠所產生出的二氧化碳。這類捕捉劑與二氧化碳的反應機制目前仍然未知，過去的研究透過理論計算的方法提出可能的反應機制，然而不同的理論方法對於反應路徑的預測有不同，故在本論文的研究起始於理論方法的分析，進而利用分子動力學的模擬，來提出新的捕捉劑設計策略。 在理論方法的研究中提出了一個含有12對幾何優化過後的C1資料庫以測試15個密度泛涵理論方程。這15個密度泛涵理論方程已被發表改善電子交換項針對遠距離凡德瓦力。測試的標準是利用∆CCSD(T) 並經過方均根(RMS)統計後判定。在這個階段的研究中發現，ωB97 、ωB97X、ωB97XD 系列很適合計算涵有強凡德瓦力的氫鍵系統。BLYP-D 適合用在胺類化合物與二氧化碳吸附的組合。所以在之後的研究中使用BLYP-D來計算分子動力學反應。 過去設計捕捉劑的策略是藉由提高胺的級數，來增加其親核性。工業製程是藉由環氧乙烷通入氨氣合成乙基醇胺、二已基醇胺、和三乙基醇胺，並藉由反應條件的控制而調整溶液中化合物的比例。然而三級胺類對二氧化碳的吸附能力並未優於二級胺類，因此重新思考朝向增長碳鏈來作為設計方向。正丙醇胺(n-propanolamine)在計算結合能和電荷分析上，都明顯優於乙醇胺。為了解二氧化碳與捕捉劑在動力學上的影響，分別利用分子動力學模擬乙醇胺、丙醇胺20%和50%的無水混合二氧化碳溶液，連續模擬12萬步。模擬中發現正丙醇胺在徑向分配含數上明顯優於乙醇胺，其中發現溶液中氫鍵環境有顯著的影響。氫鍵環境越高的乙醇胺系統，會不利於捕捉劑對二氧化碳的吸附；而氫鍵數量較低的丙醇胺系統對二氧化碳的吸附有顯著的提升。 在本篇研究中探討ωB97泛涵方程適用於強凡德瓦力的氫鍵系統，BLYP-D可用於捕捉劑與二氧化碳反應的計算。分子動力學的研究探討新的分子設計策略的有效性，吸附能力的提升以及其氫鍵對於碳捕捉的影響。Item 含鉍之鉬金屬團簇化合物的離子交換反應及電化學探討與十四族(錫、鉛)元素與硫之鐵團簇化合物的合成暨電化學與電子吸收光譜探討(2013) 游翔竣1.Bi─Mo系統 以 [PPh4][BiMo3(CO)9(-OC2H4OMe)3Na] 為起始物，分別逐次滴加不等當量之金屬陽離子，利用紫外/可見光光譜觀察其陽離子能否進行交換，此外，為了觀察離子置換的能力，並藉由 1H-NMR 觀察 [PPh4][BiMo3(CO)9(-OC2H4OCH3)3Na] 與鹼金屬氯化物 (LiCl、KCl)、鹼土金屬氯化物 (MgCl2、CaCl2、SrCl2) 以及鋅族元素氯化物 (ZnCl2、CdCl2) 進行反應，利用產物之積分值計算平衡常數，再者，為了探討不同離子引入後的氧化還原行為，進一步偵測此系列化合物 [BiMo3(CO)9(- OC2H4OMe)3ML]─ (ML = Li、Na、Ca(OAc)、Cd(OAc)、CoCl、ZnCl) 以及 [BiMo3(CO)9(-OC2H4OMe)3ML] (ML = Sn、Ca(MeCN)2) 的電化學圖譜，並搭配理論計算加以佐證。 2.E─S─Fe系統 (E = Sn, Pb) 利用十四族鐵團簇化合物 [EFe3(CO)9]2─ 或 [EFe4(CO)16]2─ (E = Sn, 1a; Pb, 1b) 與硫粉在 MeOH 下進行反應可成功合成出混合 14 與 16 族之鐵團簇化合物 [ES2Fe4(CO)14]2─ (E = Sn, 2a; Pb, 2b) 。 根據 X-ray 構造解析，化合物 2a 和 2b 是由 [E{Fe(CO)4}2]2─ 片斷連接蝴蝶型結構 [S2Fe2(CO)6] 而成的團簇化合物。此外將團簇化合物 2a 和 2b 和起始物 [EFe4(CO)16]2─ (E = Sn, 1a; Pb, 1b) 進一步藉由電化學以及電子吸收光譜並搭配 DFT 理論計算，探討引入 S 對其化合物之影響及其主族所扮演之角色。Item 利用密度泛函理論計算探討甲醇氧化反應在白金、鈀與其合金上的反應機構(2017) 林侑緯; Lin, Yu-Wei在本篇論文中，藉由密度泛函理論(DFT)研究Pt(100)、Pd(100)以及其合金上的甲醇氧化反應(MOR)的機理。我們研究了甲醇氧化化反應在Pt、Pd與以3:1、1:1、1:3比例混成的合金上的催化活性和穩定性。首先我們計算甲醇與其裂解產物和氧化反應在(100)催化表面上吸附能，然後在計算反應能與反應的活化能障以及能勢面(PES)。Pt(100)上的可行路徑遵循CH₃OH￫CH₃O￫CH₂O￫CHO￫CO。分解反應有較低的能量，意謂著更好的活性，但也導致CO毒化Pt催化劑。另一方面，甲醇在Pd(100)最初優先斷裂C-H鍵並遵循CH₃OH￫CH₂OH￫CHOH￫CHO，CHO的中間體利於氧化反應形成CHOOH，而非利於解離反應在Pd(100)上形成毒化的CO，因此有效提升CO耐受性。在合金的計算中，相對於單金屬，Pt加入Pd能夠改善MOR的活性使反應有更低的能障。此外，加入Pd能夠改變催化路徑從甲醇分解變成氧化。而Pt/Pd為1比1的合金顯示出最佳的催化活性及穩定性。Item 修飾奈米碳管以模仿雙核有機金屬催化劑(2016) 黃雨柔; Huang, Yu-Jou面臨能源短缺和環境汙染問題，發展永續能源是當務之急。太陽能驅動的水裂解反應(Water splitting)是解決能源危機和環境污染問題的一個理想途徑。其中，水氧化步驟為此反應過程的瓶頸反應，所以如何製備出高效能水氧化催化劑(Water oxidation catalysts, WOCs)是一個重要的議題。因此，在本研究中，我們運用理論計算方法建構一個氮參雜單層奈米碳管(N-doped single wall carbon nanotube)的化學分子模型，並探討此催化劑在水裂解反應過程中的催化效果。 首先，我們利用自旋極化密度泛函理論(spin-polarized DFT)來探討不同曲率之碳管模型的穩定性以及其水分子吸附能。此外，在電化學催化部分，除了使用密度泛函理論之外並加入凡德瓦爾(Van der Waals)作用力(DFT-D3)作計算。我們預想模型中的兩個活化位皆發生氧化反應，則可得知在水氧化過程中中間物(intermediate)的自由能大小及反應過電壓。 管徑為(5,5)、(6,6)、(7,7)、(8,8)、(10,10)之奈米碳管皆可進行水氧化反應，其過電壓大約在0.477至0.605伏特之間，比大部分的金屬塊材與金屬氧化物來的小。因此，這類的奈米碳管有較好的水氧化催化效果。然而，管徑為(12,12)之奈米碳管無法形成1212_1_2O的模型。在本研究中，我們成功地建構出高效能的水氧化催化劑——氮參雜單層奈米碳管。此模擬結果對未來水氧化催化劑的合成與應用具有重要的意義。Item 利用密度泛函理論與動態蒙特卡羅法研究Fischer-Tropsch合成反應(2015) 盧俊宇; Lu, Chun-Yu本篇論文是探討Fischer-Tropsch合成反應(以下簡稱F-T合成反應)路徑機構，利用密度泛函理論與動態蒙特卡羅模擬實驗上以Ru(0001)和Co(0001)表面作為催化劑的化學機制探討。我們先以密度泛函理論計算所有事件中間產物，從CO和H2反應形成C1(甲烷)和C2(乙烯、乙烷)等產物的吸附最佳位置，以及利用微動彈性帶方法找出各反應事件的活化能。所得吸附能和活化能讓我們適用於動態蒙特卡羅模擬實驗，並且可以揭示反應機制變化以及反應產物的選擇率。由動態蒙特卡羅模擬找出Ru和Co催化反應機構的差異，發現Ru(0001)與Co(0001)表面進行F-T反應在起始活化CO反應皆選擇氫化產生CHO路徑，在Co(0001)表面上我們可以看到CHO中間產物可以進一步氫化產生CH2O或CH3O，或是直接型CO鍵斷裂行成CHx產物群聚於表面，所得CHx具有氫化生成CH4的更好機會。而Ru表面趨向CHO的斷氧反應產生CH中間產物聚集於表面利於碳長鏈加成為C2產物，與Co表面最大的不同便在於此，我們也看到在同溫度的情況下，產率方面以Ru表面較好。因此我們探討了400~520K的溫度對兩表面的產率變化，發現隨著溫度上升，長碳鏈的選擇率也上升，以及針對於Co表面的改良，讓表面能脫離卡在CHO與CH2O的加脫氫反應的產率干擾現象，也得到了更高的長碳鏈產率，從動態蒙特卡羅模擬的結果，我們合理推測：在CHO中間產物的加氫生成CH¬2O以及斷氧產生CH的路徑與F-T反應長碳鏈產物的選擇率關係密切，因此只要在這個步驟上能有效的改良便能使F-T反應的轉換效率提升。