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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    利用實驗與計算研究探討氫氣氧化在固態氧化物燃料電池上金屬陽極的反應趨勢
    (2012) 陳政良; Chen Chung-Liang
    本篇論文藉由實驗方法與電腦計算來探討固態氧化物燃料電池陽極上的氫氣氧化反應在過渡金屬Co、Ni、Cu (第三週期) Rh、Pd、Ag (第四週期) 和 Ir、Pt、Au (第五週期)的趨勢。在實驗部分我們將Co/YSZ、Ni/YSZ、Cu/YSZ、 Rh/YSZ、Pd/YSZ、Ag/YSZ、Ir/YSZ、Pt/YSZ、Au/YSZ的陽極材料,條理式利用屏幕塗佈法來製作電解質支撐電池。而組裝後的電池 使用XRD、SEM、EDS來對陽極分別進行化合物組成、表面微結構、確認元素組成的特性分析,並且通入氫氣做為燃料且使用電位儀及阻抗分析儀測試電池在600-800 oC的電化學特性。而實驗的結果發現Au、Ag作為陽極材料的電池有最好的效果。在計算部分中我們透過O* + H*  OH* 及 OH* + H*  H2O*兩個路徑在純金屬、ZrO2、金屬吸附的ZrO2三個部份的反應計算,去模擬氫氣氧化在電極、YSZ電解質及金屬/電解質介面上的反應機制。在計算的結果,反應在Au、Ag、Cu的金屬/電解質介面上有最小的反應活化能,這也是因為分子在這表面上的吸附能相較其他來的低。由此發現電池陽極的反應效果的好壞跟跟陽極表面的分子吸附強弱有關係。
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    水煤氣與固態氧化物燃料電池的陽極在過渡金屬上的催化反應
    (2011) 林家豪; Lin chia-hau
    本篇論文主要針對過渡金屬進行兩部分的催化反應研究,在第一部分中密度 泛函理論(DFT)計算被用來探討最密堆積的過渡金屬Co、Ni、Cu (第三週期) Rh、Pd、Ag (第四週期) 和 Ir、Pt、Au (第五週期)上水煤氣轉移反應(water gas shift,簡稱WGS)機構,在計算後結果中顯示,WGS 反應機構包括氧化還原(redox)、羧基化(carboxyl)、以及甲酸化(formate)的反應途徑。比較三個反應途徑能障大小的趨勢,可以發現與週期表上第9 族< 10 族 < 11 族 ; 第3 週期 < 第4 週期 <第5 週期相類似,因此顯示,越往右下的d-軌域金屬(Cu, Ag, Pt, and Au)對於WGS反應具有較佳的活性。在實驗上因為甲酸 (formate)具有較低的生成能量,以及較高的分解能量,因此最容易被觀測到,此外,我們也對這些具有活性的金屬表面進行催化表現的檢視,結果顯示,WGS 反應主要的反應途徑在Ag(111),以及Au(111)的表面是進行氧化還原(redox);然而,在Cu(111)以及Pt(111)的金屬表面,這三個反應途徑對WGS 反應的貢獻是相類似的。最後,在這裡我們也檢視了費希爾—特普希反應(Fischer-Tropsch synthesis)中的甲酰化反應(formyl),和燃燒反應(combustion reaction),以及甲酸化反應(formate pathway),而結果中顯示,在 金屬表面上,FTS 反應與WGS 反應活性大小具有相反的趨勢,而在Cu、Ag、 Pt、與Au 的金屬催化表面,甲酰化反應(formyl)則會繼續進行甲酸化的反應途徑 (formate pathway)。 在第二部分中,是使用實驗的方法,來探討固態氧化物燃料電池(SOFC)陽極的催化反應,其陽極使用具有高活性的陶瓷材料包括Co/YSZ、Ni/YSZ、Cu/YSZ、Pd/YSZ、Ag/YSZ、Pt/YSZ、Au/YSZ,而在一開始SOFC 的製成方面,使用共壓 法、沉浸法、以及旋轉塗佈法來製備陽極支撐型以及電解質支撐型的 SOFC,此 外,電池也使用XRD、SEM、EDS 來對陽極分別進行化合物組成、表面微結構、 確認元素組成的特性分析,我們也對電池以氫氣為燃料測試在600-850 oC 的效能,在測試結果中顯示,以陽極支撐型中利用旋轉塗佈法製成的電池效能最高,而利 用電解質支撐法製備的電池中,氫氣氧化反應在不同陽極的效能會有以下趨勢, Au-YSZ > Ag-YSZ > Pt-YSZ > Ni-YSZ > Co-YSZ > Cu-YSZ > Pd-YSZ,不同陽極材料的催化性也將進行初步探討。
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    三價離子摻雜於電解質BaZrO3的導電趨勢
    (2010) 張軒誌; hsuan chih Chang
      本實驗為探討BaZr1-xMxO3, (M = In3+、Y3+、 Yb3+、 Dy3+、 Gd3+、 Sm3+、 Nd3+、 La3+)不同摻雜金屬的導電趨勢,並利用計算的結果去解釋。實驗部分為使用燃燒法合成不同濃度的摻雜金屬,並使用XRD、SEM、EDX、ICP-MS來確認物理及化學性質。再把粉末壓錠,並燒結於1250、1450、1600 ℃,持溫5、10、40小時,形成BaZr1-xMxO3 試片,進行導電度測試,通入氣氛為濕-空氣、濕-氫氣、乾-氮氣、乾-氫氣。   計算部分為使用密度泛涵理論(DFT)計算摻雜於BaZrO3的氧空缺(V_o^(..))及氫缺陷的形成能以及氧空缺、氫缺陷、氫氧空缺移動的反應熱。   由實驗及計算的結果顯示,導電率會隨著摻雜的濃度增加或持溫時間降低而上升,燒結溫度對導電率的影響則不大。從化學的觀點來看,導電率會受到摻雜金屬的離子半徑所影響,較小的離子半徑,導電率佳,且計算出來的反應熱低。
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    研究影響NiO-YSZ陽極性能在固態氧化物燃料電池的應用
    (2010) 詹少華; CHAN SHAO HUA
    本篇論文研究的目標為決定最好的製程條件以Ni-YSZ為基底的陽極材料應用在固態氧化物燃料電池(SOFC),研究內容包括粉體合成、電池組裝己及性能測試。首先,使用四種不同的化學方法來合成Ni-YSZ粉體,分別為GNP燃燒法、共沉澱法、凝膠-溶膠法和水熱法,之後再用XRD分析相的結構和組成,SEM分析微結構。用GNP法合成得到的粉體效果最好,具有蓬鬆的海綿狀結構,粉末顆粒大小分佈均勻,而且在用共壓法組裝電池時有很好的效果。然後再從改變NiO/YSZ的比例、陽極孔隙率、陽極厚度、電解質厚度、共壓時的壓力和陰極這些條件來製備出最佳化電池,並拿去做電化學測試測性能。最佳的電池為NiO/YSZ比例為60、陽極孔隙率10%、陽極厚度為900 μm、YSZ電解質厚度為20 μm、共壓壓力為10 MPa,在800 ℃通入氫氣的條件下。較高的NiO/YSZ比例會造成三相界面(TPB)降低,使電池性能下降。孔隙率太低也會使TPB降低,太高無法支撐陽極容易使電池結構損壞。陽極厚度太薄無法支撐電池在高溫下容易損壞,太厚則減少氣體傳送速率。電解質則越薄越好可以降低歐姆電阻。壓力則要適中,太低結構還未成型,太高會損壞電池結構。 更進一步在最佳電池塗上LSM陰極,目前功率密度最多為0.62 W/cm2測量溫度為800℃。
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    燃料轉換效率於多元金屬催化劑之理論計算研究:硫毒化反應與甲醇氧化反應
    (2019) 陳昭穎; Chern, Zhao-Ying
    本篇論文以第一性原理計算幾個不同的異質催化反應在燃料電池的應用,包括 (1) 第二章討論硫毒化與移除於BaZrO3陽極的反應, (2) 第三章討論甲醇裂解反應於鉑—石墨烯之性質, (3) 第四章討論甲醇氧化反應 (MOR) 與甲酸氧化反應 (FAOR) 於鉑三元合金 (PtRuM, M=Fe, Ti) 陽極之性質。 第二章節中,計算結果發現燃料中含有的H2S(g)會毒害催化劑表面,此為強放熱反應,然而,移除硫化物為吸熱反應。表示硫毒化為一自發性發生且難避免的反應。研究發現水的加入可以幫助硫化物的移除。除此之外,我們還列出了反應熱與自由能以及電池電動勢之間的關聯性,以此探討電池偏壓以及H2S(g)與H2O(g)的氣體分壓對於硫化反應的影響。第三章討論以石墨烯為擔體之鉑催化劑對於甲醇吸附的性質差異。根據石墨烯與鉑的結合角度可分為0o和30o角,研究結果發現甲醇可吸附在鉑團簇上,但對於鉑層吸附較弱。此種差異可以應用於材料的保護層。第四章討論配位基效應與雙官能基效應對於MOR與FAOR於鉑釕三元合金 (PtRuM, M=Fe, Ti) 上造成的反應差異。鐵的加入可使周圍電子離域化,而鈦的加入可使電子更局域化。總體來看,PtRuTi可以幫助MOR與FAOR更容易進行反應,而鐵的加入幫助不大。