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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    改變催化劑和外在環境條件在乙醇蒸氣重組反應中的研究
    (2012) 廖翊凱; Yi-Kai Liao
    在這篇論文中,我們系統性的研究十種不同的金屬分別是Co, Ni, Cu, Ru, Rh, Pd, Ag, Ir, Pt 和 Au),將其附著在三種不同的金屬氧化物支撐物上來進行氧化乙醇蒸氣重組反應,這三種氧化物支撐物分別是氧化鋁(Al2O3)、氧化鈰(CeO2)和參雜了Dy的鈣鈦礦結構BaZrO3。在各種不同的外界環境條件下來進行反應,像是以不同的乙醇和水的比例、氧氣的改變,能更清楚的了解整個乙醇蒸氣重組反應中,不同催化劑的性能以及它們在反應中可以帶來什麼影響,也可以研究其反應機構。在催化劑的效用中,我們發現Cu、Ag、Au可以幫助乙醇的氧化,而Co、Ni、Pd和Pt可以幫乙醇脫水,另外Ru、Rh、Ir則有助於C-C的斷裂,並產生主要是CO和CO2的副產物,同時也可以有最高的氫氣產率。在支撐物方面,經過煮沸的氧化鋁因為有較高的比表面積和更多的孔洞跟未煮沸的氧化鋁相較起來有更好的反應性在乙重蒸氣重組反應中。CeO2和Dy參雜的BaZrO3則是有較多的氧空穴,讓它們在反應中有較好的反應性。在催化條件下,較高的氧氣和水的乙醇比例可以提高氫氣產率,由於氧氣和水可以幫作在反應中的氧化劑,幫忙乙醇的氧化幫助C-C的鍵斷裂。再者,這被當成氧化劑的兩者會因為CeO2和BZDy中的氧空穴的存在,更加強了它們的交互作用,在反應中會有更好的表現。
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    研究改變催化劑、外在環境條件和燃料對於蒸氣重組反應的影響
    (2011) 洪志城; Jeng-Han Wang
    本研究方向主要是以Co、Ni、Cu、Ru、Rh、Pd、Ag、Ir、Pd、Au這十種金屬為主的催化劑,探討不同條件下對反應的改變,主要方向有三個,第一個是支撐物的不同,第二個是外在環境的改變,我們在這邊主要是改變水和氧氣的比例,第三個則是改變燃料的選擇,利用上面所提到三種不同的條件,來探討在重組反應下的趨勢。我們實驗的方向分成三個部分: 第一部分我們主要探討支撐物在乙醇重組反應下的影響,我們使用SiO2、 Al2O3、Ce-Al2O3這三種不同金屬氧化物當作支撐物,並在相同條件下去進行實驗。討論三種金屬氧化物在氫氣產率上的差異。 第二部分則是討論外在環境的影響,這邊主要是利用水和氧氣的改變來進行討論,這邊細分三個部分 1.改變乙醇加水的比例利用Rh/Al2O3去進行一系列比較 2.則是利用Al2O3為支撐物去調控空氣的流量進行一系列的實驗, 3.則是將催化劑進行自發放熱反應,在這邊則是改變C/O ratio 的大小來探討其趨勢。 第三部分則是改變燃料,我們利用不同碳數的醇類當作燃料進行重組反應,討論氫氣產率對應在醇類上的不同。 綜合上面三個部分實驗我們可以得到一些明顯的趨勢,第一部分可以得知金屬氧化物的活性會影響到氫氣的產率大小,第二部分則是可以得知當水加入越多或是空氣流量越大也能提高氫氣的產率,第三部分則是可以知道說當醇類的碳數越少時對於氫氣產率越能提高。
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    過渡金屬催化劑對乙醇蒸氣重組與氧化蒸氣重組反應之研究
    (2010) 張亦甫; Yi-Fu Chang
      本研究以 Polyvinylpyrrolidone (PVP)法,來製備以Al2O3為支撐物的Co、Ni、Cu、Ru、Rh、Pd、Ag、Ir、Pt、Au金屬觸媒並利用X-ray 繞射儀(XRD)、能量散射光譜儀(EDS)來分析觸媒特性,應用在乙醇的蒸氣重組反應(Steam reforming)與氧化蒸氣重組(Oxidative steam reforming)的催化,而催化反應在常壓及設定溫度(400℃-600℃)的實驗條件中於石英固定反應床進行。反應產物利用in situ之方式,有系統的以氣相層析儀(Gas Chromatography)進行分析。 實驗結果發現氧化蒸氣重組反應的乙醇轉換效率與氫氣產率在所有實驗設定的溫度範圍中都比蒸氣重組反應來得高,而改變Gas hourly space velocity (GHSV)對反應的影響很小。在催化觸媒中Ru、Rh、Ir有最好的乙醇轉氫能力及最高的氫氣產率,而Cu、Ag、Au 則是有最佳的乙醇氧化能力。   另外可以發現Co、Ni、Pd、Pt 在乙醇催化過程中擁有最高的乙烯選擇率可推斷是走乙醇脫水的催化路徑。將實驗配合之前所做的電腦理論計算的結果可以歸納出Ru、Rh、Ir之所以有最高的氫氣產率是因為它們擁有最好的碳-碳鍵結斷裂能力讓乙醇能完全分解;Cu、Ag、Au 有最佳的乙醇氧化能力是歸因於它們的氧化過程中鍵形成的能障最低,Co、Ni、Pd、Pt則是在其表面上有相對較低的碳氧鍵解離能障。
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    氧化鋯支撐過渡金屬催化劑對乙醇蒸氣重組與氧化蒸氣重組反應的研究
    (2010) 毛永祥
    本研究主要是製備Co、Ni、Cu、Ru、Rh、Pd、Ag、Ir、Pd、Au支撐於ZrO2上的催化劑,於乙醇蒸氣重組反應(SR)與氧化乙醇蒸氣重組反應(OSR)時,系統地檢視與比較催化劑的反應趨勢以及機構。 首先,催化劑使用加入PVP(polyvinylpyrrolidone)做為分散劑的含浸法(impregnation)製備,能夠降低催化劑的粒子大小以及增加催化劑的表面積。乙醇重組的實驗包含SR與OSR反應,分別使用四種流量觀測─、N2 78、N2 8、air 100、air 10 sccm。反應溫度於600、550、500、450、400 oC以搭載TCD與FID的氣相層析儀(GC)分別偵測氣態以及液態的產物。對於單一催化劑而言,比較不同反應條件的結果可以發現,溫度越高以及通入越多的O2,能得到更多的H2產率以及乙醇轉換率。在同樣反應條件下比較不同催化劑之間的趨勢,可以發現Rh、Ru、Ir有最好的效能以及最佳的H2產率。這個結果也能與理論計算結論相符,理論計算主要是比較各個催化步驟的能障(barrier)。結果顯示:(1)Ru 、Rh、Ir為脫氫步驟(dehydrogenation);(2)Co、Ni、Pd、Pt為脫水步驟(dehydration);(3)Cu、Ag、Au為氧化步驟(oxidation)。對應到產物的趨勢分別為:(1)具有最高的H2產率與C1產物(CO、CO2、CH4)產率、(2)具有最多的C2H4、(3)具有最多的氧化產物(CH3CHO、C2H5COOH)。
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    理論計算探討乙醇於Rh/γ-Al2O3(110)表面上之吸附結構與脫氫的反應機構
    (2007) 賴盈任; Ying-Ren Lai
    利用periodic DFT的計算方法, 我們探討乙醇於Rh/γ-Al2O3(110)表面之吸附結構與分解路徑。相較於乙醇吸附於Rh上的結果,乙醇吸附於表面的鋁離子上具有較好的吸附能,然而此酸性性質的γ-Al2O3載體會幫助乙醇脫水形成乙烯,因此我們考慮了其他的吸附結構來探討乙醇的分解路徑。由乙醇以α碳端吸附於Rh原子上的結構作為起始架構,相繼的反應路徑為脫附兩個α氫原子;能障分別為2.59與7.35 kcal/mol。下一步驟的脫氫反應是脫附O-H之氫形成中間產物CH3C(a)O + 3H(a),所需克服的能障為10.13 kcal/mol,由此中間產物斷去C-C鍵,所需克服的能障為12.06 kcal/mol,形成C(a)H3 + C(a)O + 3H(a)等中間產物吸附於表面,於此所計算的乙醇分解路徑,在實驗上有類似的觀察結果。
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    催化材料與氧氣含量對乙醇蒸氣重組反應的影響
    (2013) 林鴻穎; Lin-Hong-Ying
    本篇論文中,我們將有系統的研究十種金屬,(分別是 Ru 、 Rh 、 Ir 、 Co、Ni 、 Pd 、Pt 、 Cu 、 Au 和 Ag ),並將十種不同金屬分別附著在兩種不同金屬氧化支撐上,來進行氧化乙醇蒸氣重組反應,而這兩種氧化支撐物分別為,氧化鈰 (CeO2),和參雜了Dy的鈣鈦礦結構(Dy-doped BaZrO3)。在各種不同外在條件,如不同氧氣量的條件下(此篇氧氣量改變從0~40 sccm)、不同的溫度(此篇500℃~600℃)來進行實驗。這些使我們能夠了解整個乙醇蒸氣重組反應中,不同催化劑的性能以及它們對反應中所帶來的影響。在催化劑中金屬的部分,我們發現Rh、Ru、Ir這三種金屬,有助於C-C鍵斷裂,故產生最高的CO+CO2選擇率,並且有著最高的氫氣產率。 在催化劑中支撐物的部分,我們選擇了CeO2和鈣鈦礦結構(Dy-doped BaZrO3),這兩種支撐物可以分別有效的利用環境中氧氣與水,促使整個催化劑的效能提升。而其中鈣鈦礦結構(Dy-doped BaZrO3)效能提升特別明顯,是因為鈣鈦礦結構可以有效利用水,促使催化劑效能提升,所以可以看出水在乙醇蒸氣重組反應中具有重要的影響。在外在環境條件部分,我們發現增加溫度與氧氣含量,可以有效提升乙醇轉換效率、CO和CO2、氫氣產率。