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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    產氫反應機制與活性在鈷鐵磷化物上的計算與實驗研究
    (2022) 廖振廷; Liao, Chen-Ting
    氫氣燃料作為取代化石燃料成為下一代符合永續發展的能源,以電解水方式進行析氫反應可以說是一種有效且可行的產氫方式,本篇研究以非貴金屬材料CoP、FeP和CoFeP作為反應觸媒,分析其反應機制並利用雙金屬的摻雜增進析氫活性。本篇研究第一部分以常見的方法以氫吸附能分析析氫活性,利用氫原子在真空下吸附於觸媒表面計算吸附能,我們以Ag、Au、Co、Cu、Ni 、Pd、Pt、Rh確認吸附能與析氫反應電流的火山圖趨勢,接者以相同方式探討CoP、FeP和CoFeP,發現CoFeP由於Co-Fe雙金屬摻雜影響電子結構,確實有著更好的吸附能(ΔGH*≈0)。除此之外’,我們對於火山圖趨勢中Cu的偏移,我們利用含水層的模型計算其反應的活化能以及電位改變對電子轉移過程的影響,成功解釋了Cu不在火山圖趨勢的原因。利用這個方法,我們發現CoFeP在速率決定步驟Volmer step的活化能低於CoP、FeP,因此我們認為在計算上CoFeP會有更好的析氫活性。最後,我們利用實驗確認CoP、FeP和CoFeP的電化學活性,以共沉澱法和化學氣相沉積合成,再以SEM、EDX、XRD、XPS確認觸媒之晶粒大小皆為6~8 nm,且都為均勻的純相磷化物,透過電化學方法,我們測得CoFeP有更好的電化學活性,在10毫安電流的過電位為50 mV以及117 mV/dec的塔菲爾斜率,在排除活性面積的增加改變電流,我們確認了雙金屬在觸媒間的互相影響不只增強了化學穩定度,也確實增加了反應活性。
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    碳材上的磷化二元鎳鈷晶體對於產氫反應之催化效果探討
    (2022) 宋承憲; Song, Cheng-Shian
    氫氣是一種未來能源的趨勢,可以取代目前在能源上大量使用的石油燃料,在本研究中,我們調整多種的鎳鈷比例 9/1, 5/1, 3/1, 2/1, 1/1, 1/2, 1/3, 1/5, 1/9。研究低成本的鎳鈷磷化物對產氫反應的活性。金屬氧化物利用溶膠凝膠共沉澱法並鍛燒後合成,然後通過化學氣相沉積法製備金屬磷化物。本研究利用能量散射光譜儀(EDX)、高解析耦合電漿光學發射光譜儀(ICP-OES)、X光光電子光譜(XPS)分析催化劑之表面及整體組成,利用X光粉末繞射儀(X-Ray Powder Diffraction analysis, XRD) 、掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope, SEM) 、穿透式電子顯微鏡(Transmission electron microscope, TEM)做晶體結構和表面結構分析。在產氫反應活性的測定,包括過電位和 Tafel 斜率,以及電化學活性表面積由電化學測量確定。本實驗的結果發現,Ni/Co = 1/1 的催化劑具有最好的 HER 活性,Tafel 斜率為 76.8 mV/dec,在-10 mA/cm2時過電位為 93 mV。根據鑑定結果,最好的催化劑Ni/Co=1/1有最大的ECSA為1641 cm2/g,並且樣品保持純Ni2P的晶型下參入Co,可以有效的提升過電位,傾向於 Volmer-Heyrovsky 反應機構並有良好的 Tafel 斜率。
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    磷化過程對氫氣生成反應在金屬磷化物上的影響
    (2021) 許文騰; Hsu, Weng-Teng
    由於析氫反應為一種有效產生再生氫氣燃料之方法且被研究出能在基礎上解決由化石燃料引發的能源危機,此論文主要探討如何最佳化磷化物以獲得最高效之析氫反應活性。合成金屬磷化物首先經過金屬氯化物和草酸之共沉澱並鍛燒 300oC 1 小時;金屬磷化物則透過金屬氧化物與次亞磷酸鈉而進行的氣固反應控制。再透過高解析感應耦合電漿質譜分析儀、掃描式電子顯微鏡、能量散射光譜儀、X 光粉末繞射分析儀、X 光光電子能譜儀鑑定金屬磷化物之組成、晶面結構與氧化態;將其附載在旋轉電極上並透過三電極系統得知其析氫反應活性。此論文最初以不同金屬磷化物之測試得知磷化鈷之析氫效果最佳,並透過熱處理步驟最佳化磷化物之生成。250 與 350oC 為兩重要溫度,分別生成 PH3和置換氧,能決定性的控制磷化鈷之品質。透過升溫速率和持溫時間能找出適當的磷化鈷生成擁有最佳之析氫反應活性;過短或過長之熱處理步驟皆會導致磷化不完全或過度氧化的問題。因此,此論文找出在升溫速率 5oC/分鐘、持溫時間 250/350oC 在 160 分鐘/2 小時、320 分鐘/2 小時能獲得擁有最佳產氫反應活性之高品質磷化鈷,擁有 59、77 mV/dec 的 Tafel slope 與在-189、191 mV 下達到10 mA/cm2 之效果。另外,改變前驅物使用硝酸鈷能發現氯化物為更好的選擇。
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    析氫反應在Fe2O3、FeP、Co3O4、Co2P及其相關衍生物的理論計算研究
    (2021) 劉冠廷; Liu, Kuan-Ting
    析氫反應(HER)是用於高效生產純淨氫燃料的重要催化製程。我們目前的工作通過計算研究了更便宜和常用的Fe2O3、FeP、Co3O4、Co2P催化劑及其衍生物的HER,包括摻雜P和Co的Fe2O3、摻雜O和Co的FeP、摻雜P和Fe的Co3O4 以及摻雜O和Fe的Co2P。已經徹底計算了氫原子吸附的吸附能E_ads (H^*)和吉布斯自由能∆G(H^*)的能量以檢查HER活性,且分析了這些催化劑的態密度(DOS)與能帶中心,進而合理化能量結果。能量結果最初表明Fe2O3(116)、FeP(121)、Co3O4(222)與Co2P(100)是這些未摻雜催化劑中HER活性最好的晶面。此外,它們的相對HER活性遵循FeP> Co2P > Co3O4 > Fe2O3的順序。將O摻雜到FeP (O-FeP)可以進一步提高活性,而將P摻雜到Fe2O3(P-Fe2O3)會降低活性。將P摻雜到Co3O4 (P-Co3O4)可以進一步提高活性,而將O摻雜到Co2P (O-Co2P)會降低活性。它們的相對HER活性遵循O-FeP > P-Co3O4 > O-Co2P > P-Fe2O3。摻雜金屬的製程可以在一定程度上提高活性,其HER活性順序為Co-FeP > Fe-Co2P > Co-Fe2O3 > Fe-Co3O4。最後,我們的結果得出結論,O-FeP有望在所有這些催化劑中表現出最佳的HER活性。
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    利用溶劑法合成二硫化鐵奈米晶體並與石墨烯混摻作為析氫觸媒之應用
    (2013) 黃珈菱; Jia-Ling Huang
    氫能是一乾淨能源,而且為最具有潛力能取代石油,成為一新穎燃料。因此,利用電解水產氫反應也越來越具有一定的重要性,成為重要的可再生能源之一。雖然像是鉑金屬之類的貴重金屬,在析氫反應中具有高效率的產氫能力,但因為貴重金屬其地球含量不多,使其成本相當高昂,難以大規模應用。因此開發新型便宜且地表上含量豐富之析氫觸媒就很重要了。 此研究中,本實驗團隊利用溶劑熱法有效的合成出不同結構之二硫化鐵奈米晶體,並且與還原態氧化石墨烯藉由超音波震盪作混合結合動作。使得二硫化鐵奈米晶體與還原態氧化石墨烯複合材料能做為一新式析氫反應之觸媒。 立方體二硫化鐵奈米晶體與還原態氧化石墨烯之複合材料比起純二硫化鐵奈米晶體與具有更良好的析氫活性。於極化曲線量測中發現,此複合材料之onset potential 約210 mV。而其Tafel slope 值約80 mV/dec。而其立方體二硫化鐵奈米晶體與還原態氧化石墨烯之複合材料之穩定性比球型及立方體二硫化鐵奈米晶體要好。並推測其立方體二硫化鐵奈米晶體與還原態氧化石墨烯之複合材料的反應機制為Volmer-Heyrovsky反應。最後,我們成功利用地球豐富且無毒性之二硫化鐵奈米晶體與還原態氧化石墨烯之複合材料當作析氫觸媒。
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    不同晶面的銀奈米晶體於析氫反應之光催化活性
    (2016) 王瓊誼; Wang, Chiung-I
    本研究利用波長450 nm、532 nm以及808 nm之雷射,照射不同晶面的銀奈米晶體,探討其應用於析氫反應之光電催化活性。由於侷域化表面電漿共振現象,銀奈米十四面體在波長450 nm之雷射的照射下,其析氫效率有所提升,電流密度值從原本的-20.23 mA/cm2增加至-20.50 mA/cm2,產生了0.27 mA/cm2的光電流密度。而在犧牲試劑的作用之下,光電流密度則可達到0.403 mA/cm2。 在不同形狀之銀奈米晶體的光電催化效率探討中,以銀奈米八面體的表現最佳。相較於銀奈米立方體與銀奈米十四面體的光電流密度值(分別為7.5×〖10〗^(-6)和1.5×〖10〗^(-5) mA/cm2·mW),銀奈米八面體具有最高的光電流密度(6.8×〖10〗^(-5) mA/cm2·mW)。這是由於比起[100]晶面,氫原子較易吸附在銀奈米晶體的[111]晶面。所以,於[111]晶面上,氫分子較容易被生成出來,進而造成電流密度的提升。因此,[111]晶面的銀奈米八面體,應用於析氫反應,具有出色的光電催化效率。