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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    超薄二維碲化亞銅/石墨烯之生長與其自發電應力感測之應用
    (2022) 姚松甫; Yao, Song-Fu
    人類科技日新月異,卻也加劇了對石化燃料的依賴,發展出環境友善的綠色能源勢在必行。碲化亞銅是一種極具展望的熱電材料,但是關於二維碲化亞銅的文獻仍為數不多。在此,我們利用固態化學反應生長碲化亞銅薄膜於石墨烯上,石墨烯作為凡得瓦外延生長的模板以及擴散阻擋層,最終展現出優異的熱電與機電性能。上述材料特性可以達成自發電應力感測器,藉由橫向的溫度差異產生電能,提供快速且耐用的應力感測,有希望成為攜帶式的自主健康檢測器,為生活帶來諸多便利性,展現了二維碲化亞銅與石墨烯異質結構的潛力。
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    還原氧化石墨烯奈米複合材料之製備與化學偵測
    (2021) 蔡孟憲; Tsai, Meng-Shian
    為因應目前感測器低成本、微小化、便於攜帶、穿戴式以及可即時監控的發展趨勢,本研究開發一系列簡易且低成本之方式合成還原氧化石墨烯 (reduced graphene oxide, RGO) 為主體的奈米複合材料,在氧化石墨烯結合有機或無機材料並與觸媒奈米粒子綴合的反應過程中,同時將其進行還原,以一步化合成多元還原氧化石墨烯奈米複合材料,並探討這些複合材料於感測方面之相關應用。 依所合成之石墨烯複合材料以及分析物的不同,研究之內容可分為三大部份,第一為應用石墨烯所具有的電催化特性以及表面高活性位點,製備為可同時檢測苯二酚同分異構物之電化學感測器,第二及第三部分則是透過石墨烯本身的高機械強度以及高導電性,發展為可撓性濕度感測元件以及高靈敏性的NH3感測元件。 第一部分的實驗設計是利用多元醇法 (polyol synthesis) 結合有機金屬裂解法 (Metal Organic Decomposition, MOD),以簡易且低成本的方式一步化合成金奈米粒子/還原型氧化石墨烯/三氧化鎢 (AuNPs/RGO/WO3) 三元奈米複合材料,並將此材料製備為AuNPs/RGO/WO/GCE電化學感測元件,提供了能有效區別並快速檢測hydroquinone (HQ) 以及catechol (CC) 混合樣品之感測平台。材料中RGO與AuNPs的高導電性與電催化活性,能顯著提升以Cyclic Voltammetry (CV)和Differential Pulse Voltammetry (DPV) 檢測HQ以及CC之靈敏度與選擇性,且提供新的電子傳導途徑,有效地改變材料中電子之傳遞能力,進一步增進元件的感測特性,而在真實環境下檢測HQ和CC,此元件依然具備良好的定性與定量之能力,其RSD分別為85%~111%和89%~119%,證實開發此感測材料對於HQ以及CC之實際檢測具有一定的應用價值。 而實驗第二部分為利用高分子單體化學氧化聚合為導電高分子而同時進行還原作用的方式,設計出Pt/polythiophene/RGO阻抗式濕度感測元件,此感測元件以RGO和polythiophene所具有高比表面積、高導電性以及Pt粒子所提供的電子傳導路徑等性質,將有效提高對於濕度之感測特性,此外藉由RGO具有高機械強度以及高可撓之特性,所製備之感測元件可撓性極佳,對於發展為穿戴式感測材料有極大之潛力。 第三部分為以簡易且一步化之方式合成Au/polythiophene/RGO、Ag/polythiophene/RGO、Pd/polythiophene/RGO以及Pt/polythiophene/RGO奈米複合材料並應用於NH3氣體之檢測,探討不同金屬觸媒前驅物對於材料整體合成之影響,並分析這些奈米複合材料對NH3感測之差異性,由特性分析結果可知, Au/polythiophene/RGO及Ag/polythiophene/RGO奈米複合材料,觸媒還原比率以及polythiophene聚合程度皆較高,因此具有較低的電阻值,而因觸媒的催化能力以及π-πstacking電荷載子快速傳遞的效應,Au/polythiophene/RGO以及Ag/polythiophene/RGO感測元件對NH3氣體也具有較為優異的感測特性,對NH3氣體有極快的反應速度並可適用低濃度 (200 ppb) 之檢測,如若有類似第二部分元件之可撓性,於氣體之檢測應用上便具有極大的發展潛力。
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    新穎化學氣相沉積石墨烯轉印技術之開發
    (2012) 黃奕盛; I-Sheng Huang
    石墨烯為碳原子彼此以sp2混成軌域組成單原子層厚度的二維材料,具備了良好的透光度、化學穩定性、低片電阻、理想的功函數、高機械強度及低成本。近年來,在製備及轉印石墨烯方法有很多種,主要都是針對如何增進石墨烯的品質及改善轉印造成的缺陷,使其在提升光電元件上之應用性。此研究主要致力於單層石墨烯轉印技術上的改善,因石墨烯轉印至基板的優劣通常直接影響了光電元件的表現。 本實驗使用化學氣相沉積法,以銅箔當金屬催化層,成長高品質的單層石墨烯,我們研發出二種新型轉印方法有別於傳統之轉印方法,有效的改善CVD石墨烯在矽基板及塑膠基板上的品質。第一種:我們結合了最常見的PMMA法及Roll-to-roll法,此方法不但保有PMMA法轉印後石墨烯的高品質、低電阻的優點,同時還能利用Roll-to-roll法免除石墨烯與基板在水溶液中撈取的問題,此單層石墨烯在塑膠基板上的片電阻約為400Ω⁄sq,2D band半高寬約為36cm-1,I_G⁄I_2D ≅0.62。第二種:因為目前各種轉印方法,都需憑藉有機物的支撐,才能將石墨烯從銅箔上轉印至基板,而此方法則不需任何有機物的支撐,我們單純以物理吸附的現象,利用靜電吸引力的方式,將銅箔上的石墨烯以靜電力吸附至基板上進行轉印,毋殘留有機物,達到一個高品質且乾淨的石墨烯,此單層石墨烯在塑膠基板上的片電阻約為500Ω⁄sq,2D band半高寬約為35cm-1,I_G⁄I_2D ≅0.66。預期這兩種簡單、快速的石墨烯轉印方式,能有效地提升光電元件效益。
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    石墨烯與金奈米粒子疊層結構材料應用於基質輔助雷射脫附游離質譜儀之分析
    (2012) 邱瑀辰
    本篇研究是發展出一種新穎疊層結構材料應用在表面基質輔助雷射脫附質譜儀之分析,一方面藉由近年來廣泛受到注目石墨烯材料,利用其多苯環以及片狀材料所導致的良好傳熱及導電性,搭配常見傳統的偵測小分子基質-金奈米粒子利用旋度塗覆的方式,形成多層的疊層結構,藉由兩者都為良好的基質特性,進一步達到增加分析物游離的效果以及增強分析物的分析訊號並提高其靈敏度,由於材料疊層結構的穩定性使得分析物在測量過程中有良好再現性。 儀器條件方面是採正離子模式,折返式偵測器下進行偵測,樣品濃度皆為10-4M,點樣的方法皆取1.5μL點樣,在材料鑑定方面我們可從SEM看出材料剖面疊層結構厚度大約是200nm,另外再從紫外光吸收儀也可以看出同時具有金奈米粒子與石墨烯的吸收波長。 在比較2、5、10、15、25不同層數材料基質的質譜圖中,在訊號強度及背景訊號干擾的考量下, 以10層的結構較適合最為進一步條件的探討,析物方面,我們選擇了不同種類的分析物如醣類分子、多種胺基酸以及胜肽進行偵測,結果而本研究所開發的疊層材料能夠有效偵測溶於不同分析物,且此新穎疊層結構改善與金有特殊之鍵結之化合物之分析訊號。
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    石墨烯與氧化石墨烯的製備與鑑定
    (2011) 韋峻文; Chun Wen Wei
    第一部分: 我們利用X光光電子能譜與粉末X光繞射光譜觀察石墨材料在氧化製程中的變化,過錳酸鉀會破壞石墨結晶中的雙鍵而產生含氧的官能基,當使用超聲波震盪時,含氧官能基彼此會產生靜電斥力,而達到石墨結構層與層之間的分離。從XPS圖譜可以看出,碳的訊號會因為氧化造成導電度下降而往高能量飄移,氧化所造成的官能基變化也可以從碳的XPS圖譜得知。根據文獻,碳的訊號會由碳材料及3種鍵結在碳材料上的含氧官能基所貢獻,分別有不同的能量。而X光粉末繞射圖譜也可發現石墨(002)晶面的訊號會隨氧化時間而往低角度飄移。分析以上兩種光譜,我們可以知道碳材料的結構變化與氧化程度。 由上述實驗所得到的結果,我們結合氧化時間為6小時、超聲波震盪1小時的兩道製程條件製備氧化石墨烯。並利用原子力顯微鏡等儀器做鑑定,證明我們所設計的製程條件可以製備出低層數、分散均勻(在水中)的氧化石墨烯。 第二部分: 我們進一步以有機修飾或是還原劑還原的方式改變氧化石墨烯的特性,並以儀器做鑑定。從各種鑑定結果我們發現,石墨烯氧化物的特性會因為官能基改變或是還原後而有不同的性質。
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    硼氮共摻雜石墨烯之電子元件
    (2014) 李佩玲
    石墨烯是一種二維材料,其厚度只有一層碳原子厚。是目前最薄且最硬的奈米材料,由於其具有獨特的結構與優異的物理特性。可廣泛運用在各個領域上,但因單層石墨烯能帶隙接近於零,故無法應用於半導體產業。開啟能帶結構,單層石墨烯即可以應用於半導體元件。開啟石墨烯能帶結構之方法有量子限制效應、對稱破壞與化學摻雜等。本論文使用熱化學氣相沉積法,藉由改變摻雜源BH3NH3之預熱溫度以及甲烷流量,控制硼和氮在石墨烯中之摻雜濃度,可得不同B-N摻雜濃度與能隙之摻雜石墨烯(boron carbon nitride, BNC)。藉由霍爾效應觀察不同濃度氮硼摻雜石墨烯的電性變化以及利用不同轉印方式和不同測量面積大小,光電子能譜儀、拉曼、探討BNC之鍵結與特性分析。
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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。