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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    第一原理模擬在材料開發的應用:(I) 錫碘化物鈣鈦礦的介電性質分析,(II) 銅單原子催化劑在鈀表面上的動力學分析,以及 (III) 電場於顯式溶劑之電化學模擬
    (2023) 廖振成; Liao, Chen-Cheng
    在材料科學與凝態物理領域不斷演進中,第一原理模擬已經在方法上具有非常重要的地位。這些模擬由量子力學出發,不依靠經驗參數,為我們提供了在微觀尺度上研究材料原子組成和電子性質的方式。第一原理模擬不僅提供了實驗上無法觀測到的微觀現象,也在於它們具有普遍地提供預測能力。隨著人工智慧(AI)的出現,AI驅動的算法與基於第一原理的模擬之間的協同作用已帶來了加速材料發現和設計的新時代。這種融合不僅有助於了解複雜現象,並有助於促進新一代設備的設計。基於第一原理的模擬和AI的緊密結合不僅是互補的;它正在革命性地改變我們在21世紀如何接近、理解和利用材料的潛力。第一部分 (I) 錫碘化物鈣鈦礦的介電性質分析 錫基鈣鈦礦是一種非常有潛力的材料,用以取代傳統具有毒性的鹵化鉛鈣鈦礦,但其不穩定性限制了其發光性能。然而,二維的錫基鈣鈦礦能夠提升激子束縛能進而提升光致發光量子產率(PLQY)。除此之外,二維錫基鈣鈦礦中的有機層與無機層之介電常數差異亦會影響機子束縛能。本篇將透過密度泛函理論探討以下二維錫基鈣鈦礦:(TEA)2SnI4, (PEA)2SnI4, (p-FPEA)2SnI4, (p-ClPEA)2SnI4 以及(p-BrPEA)2SnI4之介電常數,並探討其與PLQY之關係。其結果顯示改變陽離子組成,並不會大幅地影響陽離子層之介電常數,反而會誘導陰離子層的介電常數產生變化。 第二部分 (II) 電場於顯式溶劑之電化學模擬 本研究系統性評估了對Cu(111)表面上電化學CO二聚化的顯式溶劑模型。在存在吸附物和銅表面的情況下,對溶劑的組成在室溫下進行了分子動力學採樣。本研究通過考慮引入外加平板電場,對CO二聚化反應路徑上的能量和功函數進行探討。我們觀察到,即使在引入外加電場的情況下,使用定電位修正,CO二聚化過程的活化能和反應能仍然保持相近的數值,分別約為0.95電子伏特和0.35電子伏特。這一發現在顯式溶劑模擬下,再次確認了CO二聚化主要是一個由熱驅動的過程。此外,引入外加電場範圍從+0.2 V/Å到-0.2 V/Å,在pH = 7條件下,導致有效的電化學電位相對於標準氫電極從+1.766 V變化到-0.565 V。第三部分 (III) 銅單原子催化劑在鈀表面上的動力學分析 本研究焦點是通過在Pd(111)表面上之單原子銅催化劑進行電化學CO和CHO耦合過程,探討C-C鍵形成進行計算。我們發現了過程中穩定的中間體,即[CuO2](CO)2,在暴露於CO氣體分子時被視為一種四牙和四面體的中間產物。在本篇電化學計算中,將CO團氫化為CHO的能量需求為0.87電子伏特,其低於常規Cu表面相應步驟的能量。本研究觀察到從頂層Pd原子到吸附物分子的電荷轉移效應,尤其是在過渡態處。這一現象導致了0.67電子伏特的C-C鍵形成能障。此外,C-C鍵形成的為放熱反應,為-0.21電子伏特,代表了利於生成C-C鍵的化學平衡條件。最後,由動力學建模分析討論氣體分子(CO、CO2、O2)的溫度和壓力影響,我們發現[CuO2]*(CO)2中間體在室溫下大量存在,並在乾燥的環境條件下表現出很好的化學耐受性。
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    以理論計算探討以金屬為基材的單原子催化劑上進行二氧化碳電化學還原成乙醇的反應機制
    (2020) 鄭博修; Bo-Siou Zheng
    使用過渡金屬可以改善二氧化碳還原反應的效率,及能將二氧化碳轉換成更有價值的產物,因為唯獨銅元素具有產生多碳產物的優點,所以被廣泛運用在二氧化碳還原反應上,2011年,Zheng教授的團隊成功合成出單金屬原子催化劑(Pt1/FeOx),並在一氧化碳的氧化反應中展現不錯的催化效果,最近,有實驗團隊使用此合成策略於二氧化碳還原反應中,發現在”以部分氧化的鈀金屬為基材的單顆銅金屬原子催化劑”上對於乙醇有高度的選擇性,所以我們將透過模擬該系統在進行二氧化碳還原的反應產生乙醇的反應路徑。 鈀金屬在二氧化碳還原的反應上對於探討產生CO具有選擇性,因此二氧化碳會先經過鈀基材還原成一氧化碳,隨後轉移至銅原子周圍進行 “氫化”及“碳-碳耦合”的動作。而最終的實驗結果顯示,在(100)系統中碳碳耦合的速率決定步驟是, COH與CHO在Pd與Cu的交界處進行耦合;而(111)系統中碳碳耦合的速率決定步驟是,CO及CHO直接在銅原子上方進行耦合的步驟。