理學院

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學院概況

理學院設有數學系、物理學系、化學系、生命科學系、地球科學系、資訊工程學系6個系(均含學士、碩士及博士課程),及科學教育研究所、環境教育研究所、光電科技研究所及海洋環境科技就所4個獨立研究所,另設有生物多樣性國際研究生博士學位學程。全學院專任教師約180人,陣容十分堅強,無論師資、學術長現、社會貢獻與影響力均居全國之首。

特色

理學院位在國立臺灣師範大學分部校區內,座落於臺北市公館,佔地約10公頃,是個小而美的校園,內含國際會議廳、圖書館、實驗室、天文臺等完善設施。

理學院創院已逾六十年,在此堅固基礎上,理學院不僅在基礎科學上有豐碩的表現,更在臺灣許多研究中獨占鰲頭,曾孕育出五位中研院院士。近年來,更致力於跨領域研究,並在應用科技上加強與業界合作,院內教師每年均取得多項專利,所開發之商品廣泛應用於醫、藥、化妝品、食品加工業、農業、環保、資訊、教育產業及日常生活中。

在科學教育研究上,臺灣師大理學院之排名更高居世界第一,此外更有獨步全臺的科學教育中心,該中心就中學科學課程、科學教與學等方面從事研究與推廣服務;是全國人力最充足,設備最完善,具有良好服務品質的中心。

在理學院紮實、多元的研究基礎下,學生可依其性向、興趣做出寬廣之選擇,無論對其未來進入學術研究領域、教育界或工業界工作,均是絕佳選擇。

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    以理論計算方式研究以下反應機構: I.水煤氣轉換反應在M/TiO2(110) (M=Pt, Au, Cu)表面之反應路徑探討 II.硫化氫在金屬表面W(111)的分解與氧化
    (2011) 彭士峰; Shih-Feng Peng
    我們使用週期性密度泛函理論來研究燃料電池系統中可能的催化反應,包括水煤氣轉換反應和硫化氫的分解與硫原子的氧化反應。在水煤氣轉換反應中,我們研究了在pure-TiO2(110)和M/TiO2(110)(M = Pt, Au, Cu8)表面上可能的反應途徑,其中以Cu8/TiO2(110)表面的反應活性最好,我們另外也計算了在Pt/TiO2(110)表面上的分子動態模擬反應。在Cu8/TiO2(110)表面上,我們計算了carboxyl和redox兩種反應機制的反應位能曲面,結果顯示在Cu8/TiO2(110)表面較容易進行redox反應路徑。而CO氧化反應的能障,從26 kcal/mol (pure-TiO2(110)) 降低到5.38 kcal/mol (經Cu cluster協助);另外,H2O的分解反應也從12.08 kcal/mol (pure TiO2(110)) 降低到 8.35 kcal/mol (經O-vacancy協助)。然而在Pt/TiO2(110)的表面上,因Pt和CO分子的吸附能太大(約44 kcal/mol),導致過度穩定中間態存在,發生毒化現象,不利於水煤氣轉換反應的進行。我們也計算了H2S在W(111)表面的分解反應,斷去其中兩個H-S鍵各需要跨越能障5.06 kcal/mol和15.68 kcal/mol,最終形成表面S原子和氣態H2分子,整個反應放熱51.80 kcal/mol。該S原子可繼續通入氧氣去除,形成SO和SO2的反應能障分別為14.44 kcal/mol和34.46 kcal/mol,最終形成氣態SO2分子放熱12.52 kcal/mol。
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    以理論計算方式探討硫化氫分解與硫氧化反應在純金屬Ni(111)與Pt(111)以及雙金屬Ni@Pt(111)與Pt@Ni(111)表面上的反應機構
    (2011) 葉丞豪
    我們使用週期性密度泛函理論來研究燃料電池中受到硫毒化問題以及氧化去硫的反應,含硫物種如硫化氫容易吸附在燃料電池的電極上並造成硫原子和金屬電極的強烈鍵結使得電極遭受毒化降低反應效能,利用添加氧氣去除硫原子形成二氧化硫分子離開是解決辦法之一。我們計算了純金屬Ni(111)和Pt(111)表面上的硫氧化反應中的關鍵步驟:SO2生成反應中的反應能障分別是1.07 eV以及0.41 eV,顯示在Pt(111)表面上去除硫的效果比在Ni(111)表面上好。而近年來越來越多研究指出使用雙金屬觸媒可以達到比純金屬更好的催化效果,我們的結果顯示在Ni@Pt(111)表面上SO2生成的反應能障為1.86 eV而在Pt@Ni(111)表面上僅需要0.13 eV的能障即會生成SO2。因此歸納對於氧化硫生成SO2的反應而言,其反應能力優劣順序為Pt@Ni(111) > Pt(111) > Ni(111) > Ni@Pt(111),最後經由H2S在Pt@Ni(111)表面上分解會呈現吸熱的低毒化能力以及利用高低覆蓋率(或高低壓)的反應測試中都證明了Pt@Ni(111)表面具備更優於純金屬的抗硫性。
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    MH+(M = Ni, Cu, Zn)和CH4, NH3, H2O等分子在氣相中反應以產生氫氣之理論計算與研究
    (2011) 楊芳怡; Fang-I Yang
    在本文中,我們將藉由密度泛函理論當中的B3LYP方法來探討週期表中第一排過渡金屬的氫化物([MH]+,M=Ni、Cu、Zn),與含氫的小分子(CH4、NH3、H2O)之氣相反應,研究產生氫氣的可能反應機制,以及反應位能與能障的討論。 本實驗共分成三個部分進行研究:(1)MH+(M = Ni, Cu, Zn) + CH4 反應機構的理論探討,(2)MH+(M = Ni, Cu, Zn) +H2O 反應機構的理論探討,(3)MH+(M = Ni, Cu, Zn) + NH3 反應機構的理論探討。結果發現,在過渡金屬離子上加了一個hydrogen ligand的反應物[MH]+(M=Ni、Cu、Zn),皆會先靠近CH4、NH3、H2O等分子形成複合物,經由相似過渡態TS結構,促使CH4、NH3及H2O等分子中的C-H、N-H、O-H 鍵斷裂,並和金屬上的H結合產生氫氣進而脫除。而我們也觀察到,這三種金屬氫化物(NiH+, CuH+, ZnH+) 以及三種小分子(CH4、NH3、H2O)的反應,在位能曲面圖上出現不同的反應趨勢,針對上述的問題我們也會進行更深入的討論。
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    氣相B, Al, Ga原子分別與 N2O,CO2,NO2分子反應機構的理論計算研究
    (2011) 徐淑娘; Shu-Liang Hsu
    人類的農、工、商活動,貢獻了大量的二氧化碳及一氧化二氮,這些迅速增加的氣體造成溫室效應,導致全球氣候異常;另一個因交通運輸及燃燒過程伴隨生成的污染物二氧化氮,影響生物的健康也不容小覷。本篇研究的目的為找出適當之反應物,並透過能障很低的反應機構,來使N2O、CO2、NO2轉變成穩定且無污染或低污染之氣體;我們也將此三種系統的反應性做比較,並提供可能的解釋。 我們使用Gaussian 03套裝軟體來完成理論計算,先以DFT (Density Functional Theory)使用B3LYP/6-311+G(3df)做結構的最佳化,更進一步做CCSD(T)/aug-cc-PVQZ單點計算。結果顯示氣相B、Al、Ga當起始反應物,分別與N2O 、CO2 、NO2進行反應,三個系統中,皆是以B的反應性最佳,可進行的反應路徑最多(包含Insertion),且放出的能量也最多,Al次之, Ga的反應性最差。 依據Mulliken DA(donor-acceptor) 的理論,推論電子是從金屬轉移到氣體N2O 、CO2 、NO2分子中,形成金屬原子與這些氣體分子中charge為正電的原子相結合,其中間產物往往也最穩定。 此外,氣相B、Al、Ga當起始反應物,與N2O 、CO2 、NO2進行反應,以NO2 的反應性較多變化,而要將穩定的CO2活化,其反應性最差;只有在N2O系統的反應,才會在不需能障的情形下,將N2O降解生成無害的氣體N2,若在CO2 和NO2系統中要生成無害的氣體O2,皆是能障很高的反應,但仍可達成將CO2 和NO2降解成NO及CO氣體。