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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    釕聯吡啶錯合物進行光催化反應:碘離子氧化及苯醌還原反應
    (2024) 蕭智謙; Siao, Jhih-Cian
    本研究中釕錯合物經過照光激發後,與氧化淬熄劑 1,4-benzoquinone分別在水溶液、KNO3、pH 4 以及 pH 4 / KNO3 溶液中進行雙分子淬熄反應,得到對苯二酚。中間產物 Ru(bpy)33+再氧化I‾ 得到 I3‾。由於光化學產物 hydroquinone 和 triiodide 在水相中會互相反應而無法獲得最終產物,因此利用異相反應,將氧化淬熄劑 1,4-benzoquinone萃取在醋酸丁酯中,而釕錯合物和碘離子溶於水相中來進行反應。釕錯合物和氧化淬熄劑 1,4-benzoquinone 透過液面之間碰撞進行雙分子的淬熄反應,經由 Stern-Volmer equation 得知淬熄速率常數 kq 為7.43 x 108 M-1 s-1,淬熄後得到三價釕錯合物再與碘離子進行反應。最後得到的光化學產物 hydroquinone 和 triiodide,因hydroquinone 溶於有機相中且 triiodide 溶於水相中,能夠將兩種不同的產物分開,並利用電子吸收光譜鑑定其生成且計算出濃度。光化學反應是利用光能來驅動化學反應,而得到產物,並可以借以儲存部分光能。但也因為能量非常高,氧化和還原產物均為高活性之物質,所以一般光化學反應均針對氧化端或還原端之產物,單獨進行實驗設計。本研究首次將光化學反應用兩相的方式,將氧化產物及還原產物分別溶於不同溶劑中,以得到最大光轉換效率。
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    掌性鈣鈦礦奈米晶體進行光催化二氧化碳還原反應之探討
    (2023) 曾薇妮; Tseng, Wei-Ni
    鹵化鈣鈦礦由於具備優異的光電性質,在光學元件的應用上獲得相當不錯的成就,在催化領域中,藉由自旋極化電子的導入,除了能有效分離電荷外,也能抑制電荷複合以提升催化表現。本篇研究透過結合掌性分子及鈣鈦礦材料製備出具有2D/3D混合結構的掌性鈣鈦礦奈米晶體,並利用其作為能形成自旋極化電子的光觸媒材料,以提高光催化二氧化碳還原反應表現。首先進行CsPbBr3 奈米片(NPLs)及掌性分子鹽類MBA:Br的合成,並進行光學及結構分析。將CsPbBr3 NPLs利用MBA:Br修飾後,透過粉末X光繞射、吸收及光致發光光譜確認其結構及光學性質,再透過圓二色及圓偏振螢光光譜確認MBA:Br成功接上CsPbBr3 NPLs。由於自旋極化電子的產生, 2D/3D混合結構的掌性鈣鈦礦奈米晶體能有效提升催化表現,以反應主產物一氧化碳(CO)而言,產率自14.8 μmol g-1分別提升至39.2及26.8 μmol g-1,掌性鈣鈦礦材料在外加磁場(0.3T)的幫助下,CO產率更是分別提升到75.3及48.2 μmol g-1。另外藉由透過磁性圓二色光譜及時間解析螢光光譜探討磁場對於反應機制的影響,證實外加磁場能有效增強自旋極化及延長載流子生命週期並提升催化表現。
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    鹵化鉛鈣鈦礦奈米晶體光催化氮氣還原反應
    (2022) 黃朝靖; Huang, Chao-Ching
    鹵化鉛鈣鈦礦除了在光電領域取得了驚人的成就外,由於其合適的能帶結構、較長的載流子擴散長度及優異的電荷轉移能力,在光催化領域也引起了廣泛討論。然而,水氣不穩定性限制了它們在氮還原反應(NRR)中的應用。本研究通過將錳離子摻雜到 CsPbBr3 奈米片(NPLs)中合成具有自旋極化電子的光催化劑,以提高乙酸乙酯系統中的氮還原效率。從電子顯微鏡觀察得知,錳離子摻雜不會改變CsPbBr3 NPLs的形貌與尺寸。根據X光粉末繞射光譜、吸收光譜和光致發光 (PL) 光譜的量測,確認錳離子成功摻入CsPbBr3 NPLs 結構。由於自旋極化電子的產生,錳摻雜的CsPbBr3 NPLs表現出優異的氮氣還原活性,NH3的產率從31.47 μmol g-1增加到89.31 μmol g-1。更重要的是,錳摻雜的 CsPbBr3 NPL 在外部磁場(0.3 T)下的光催化氮還原反應性能提高了兩倍。藉由在有和沒有外部磁場(0 和 0.3 T)的條件下,使用 PL 光譜和時間分辨 PL 光譜對反應機制進行探討,證實外部磁場(0.3 T)對光催化性能的提高歸因於更長的載流子壽命,以及在反應過程中更有效的抑制載流子復合。
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    利用臨場紅外光譜研究二氧化鈦材料與硫化銦材料在光催化二氧化碳還原中所扮演之角色
    (2019) 林彩渝; Lin, Tsai-Yu
    光催化還原是現今熱門研究的主題。為了解決光觸媒材料現今困於低效率以及低選擇性。因此需要對光觸媒材料以及二氧化碳還原有更進一步的認識。本論文利用臨場紅外光技術研究二氧化碳還原反應在光觸媒材料表面的行為。在光觸媒材料裡面,二氧化鈦材料已經被廣泛研究,本論文針對Pure-TiO2、H-Ni-TiO2以及SCN-H-Ni-TiO2 三種二氧化鈦基材料進行探討尤其是表面處理。除了二氧化鈦材料本論文選用ZnS、In2S3以及ZnS/In2S3 混和物進行探討尤其是異質介面。 此研究發現在二氧化鈦基材料裡面SCN-H-Ni-TiO2表現出了與兩個二氧化鈦材料對於二氧化碳及水有更多的吸附量。而在ZnS/In2S3 (2:1)材料可以觀察到In2S3是主導二氧化碳吸附的分子,同時在ZnS/In2S3 (2:1)有比另外兩者有更多的吸附。在光催化二氧化碳還原過程中,二氧化鈦材料以及硫化銦材料裡面都可以觀察到COOH*的生成,這表示兩者有同樣的中間產物。 二氧化碳以及水是光催化二氧化碳還原過程中必備的兩個反應分子。為了更進一步探討二氧化碳以及水在光觸媒材料表面的作用,本論文設計了順序實驗去進行探討。二氧化鈦材料以及硫化銦基材料依先二氧化碳再水的順序以及先水再二氧化碳的順序利用臨場紅外光譜以及氣相層析光譜分析。在氣相層析光譜結果是先二氧化碳再水的效率會比先水再二氧化碳的效率還要好。結合紅外光譜的數據,本論文針對順序實驗提出了兩種不同的表面機制行為。第一個是先通二氧化碳再通水,此實驗會讓二氧化碳直接先吸附在活性位形成CO2-,這是有利於二氧化碳還原反應的發生;第二個是先通水再通二氧化碳,此實驗會讓水先吸附在活性位,造成大量水分解的發生,不利於二氧化碳還原的進行。總結,水及CO2- 在二氧化鈦材料以及硫化銦材料上的二氧化碳還原反應是重要的反應物。未來可以在二氧化碳還原中去探討是否可以利用二氧化碳及水的比例去抑制水分解的行為進行更進一步的研究。
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    聯吡啶釕錯合物在陰離子感測器與光催化溴離子氧化之應用
    (2017) 蔡昀達; Tsai, Yun-Da
    本論文研究聯吡啶釕金屬錯合物的光物理性質及其應用,應用之一為氟離子感測器,另一則是利用 flash-quench technique 來了解三價釕金屬錯合物與溴離子及碘離子之間的電子傳遞速率,以便更進一步探討光敏性染料太陽能電池的反應機制。 氟離子感測器實驗所選擇之錯合物是含有羥基的 [Ru(bpy)2((OH)2bpy)](PF6)2,其電子吸收光譜、冷光光譜、生命期、量子產率以及電化學氧化還原性質均已被測量,且發現錯合物對於氟離子具有獨特之選擇性。利用 Job's plot 及滴定實驗可以得知錯合物與氟離子之間的反應比例,在相同濃度 (10-4 M) 但使用不同溶劑的條件下,Ru:F ─ 之比例為 1:3 (乙腈) 及 1:2 (DMSO),顯示溶劑效應對於此偵測反應有相當之影響性。而在相同溶劑 (乙腈) 但不同濃度的條件下,Ru:F ─ 之比例為 1:3 (10-4 M) 及 1:4 (10-3 M),同樣的現象在 DMSO 作為溶劑的情況下也有被觀察到,Ru:F ─ 之比例為 1:2 (10-4 M) 及 1:4 (10-2 M),也證實了濃度效應在此反應中深具影響力。利用冷光光譜的偵測,可使錯合物對於氟離子之偵測極限提升至 10-6 M。 錯合物 [Ru(bpy)3](PF6)2 (1)、[Ru(bpy)2(deeb)](PF6)2 (2)、[Ru(deeb)2(dmbpy)](PF6)2 (3)、[Ru(deeb)2(bpy)](PF6)2 (4)、[Ru(deeb)3](PF6)2 (5) 及 [Ru(deeb)2(bpz)](PF6)2 (6) 則是利用於研究電子傳遞實驗,所有錯合物的光物理及氧化還原性質均已測量。錯合物 1-6 照光激發後與氧化淬熄劑 (ArN2+ 或 MV2+)先進行雙分子淬熄反應,所得到之淬熄速率常數 kq 介於 1.02 x 107 及 1.13 x 109 M-1 s-1之間,相對應其淬熄反應之驅動力介於 0.26 到 0.76 eV 間是相當符合 driving force dependence,另外所測得 sphere-of-action 之有效半徑分別為 3.2 (ArN2+) 以及 2.0 nm (MV2+) 也與驅動力有正相關性。而淬熄後得到的三價釕金屬錯合物再與溴離子或碘離子進行電子傳遞之反應,與溴離子反應之電子傳遞速率常數 kBr 依序由 1.17 x 108 M-1 s-1 (0.43 eV) 增加至 1.11 x 1010 M-1 s-1 (0.73 eV),也是符合 driving force dependence,但三價釕金屬錯合與碘離子反應之電子傳遞速率常數 kI 卻差異不大,約介於 1.1-3.0 x 1010 M-1 s-1 之間。