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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Item 多核含碲之第六族過渡金屬(鉬、鎢)羰基團簇物及含十六族 (硫、硒、碲) 三鐵羰基汞銅陰陽離子聚合物之合成、結構、化性及半導體性質探討(2021) 徐以諾; Hsu, Enoch1. Te-M−CO 系統 (M = Mo, W) 系統之研究由 Te 粉末 、M(CO)6 (M = Mo, W) 和Et4NBr在KOH/MeOH/MeCN 溶液中以不同比例下反應可合成一系列新穎多核含碲之第六族過渡金屬羰基團簇物，籠狀 [Et4N]4[Te7Mo6(CO)20] (1)、籃型 [Et4N]4[Te6Mo6(CO)15] (2a-Mo(CO)3) 與碗型化合物 [Et4N]4[Te6W5(CO)12] (2b)。 此系列化合物具高氧化性質，當化合物 1 與氧化試劑 I2 以莫耳比 1 : 1反應可合成車輪型結構 [Et4N]2[Te8Mo6(CO)18] (6)，而化合物 2b 與I2 以莫耳比 1 : 1反應則得到生成一新W‒W 金屬鍵的化合物 [Et4N]2[Te6W5(CO)12] (3b)。進一步將化合物 2a-Mo(CO)3 及2b與 I2 以莫耳比 1 : 1.5反應則可生成共頂點三立方烷型結構 (vertex-fused tricubane clusters) 之擴核產物 [Et4N]2[Te12M10(CO)24] (M = Mo, 4a; W, 4b)。若將化合物 2a-Mo(CO)3 及 2b 與過量之溫和氧化試劑 [Fe(C5H5)2][PF6] 反應則可生成共頂點三立方烷型結構，且有一 M‒M 金屬鍵生成之中性團簇物 [Te12M10(CO)24] (M = Mo, 5a; W, 5b)。將化合物 5a(5b) 及 3b 加入還原試劑Na/Ph2CO可逆反應回化合物4a(4b) 及 2b。此外，從電化學實驗結果觀察到此系列團簇物隨著氧化至後續產物，還原峰往陽極偏移之趨勢。由液態吸收光譜觀察到此系列化合物隨著氧化至後續產物，實驗光譜呈現紅移現象。2. E‒Fe-Hg-Cu 系統 (E = S, Se, Te) 系統之研究 將聚合物[{Cu(MeCN)2(dpy)}{BF4}]n (1) 與團簇物 [Et4N]2[{EFe3(CO)9}2Hg] (E = S, [Et4N]2[2a]; Se, [Et4N]2[2b]; Te, [Et4N]2[2c])以液態輔助研磨 (liquid-assisted grinding) 方式進行陰離子交換反應，可成功得到一維聚合物[{Cu(dpy)(MeCN)2}2{{TeFe3(CO)9}2Hg}]n (3) 、[{Cu(dpy)(MeCN)}2{{SFe3(CO)9}2Hg}]n (5) 和混合一維及二維骨幹之陰陽離子聚合物 [{Cu(dpy)(MeCN)2}{Cu(dpy)1.5(MeCN)}{{EFe3(CO)9}2Hg}]n (E = Se, 4-Se; Te, 4-Te)。且透過X-ray 結構解析得知一系列陰陽離子聚合物皆具有許多弱作用力存在於陽離子骨架和陰離子簇中，如 C‒H···π, C‒H···O氫鍵, 和 O···O 作用力。除此之外，由固態反射式紫外/可見光光譜測量的一系列聚合物的能階 (energy gap) 發現陰陽離子結合之聚合物能隙 (1.36‒1.55 eV) 遠低於起始物[{Cu(MeCN)2(dpy)}{BF4}]n 能隙 (2.46 eV)，進一步透過錠片電導率 (Electrical Conductivity) 探討此系列聚合物之導電特性，發現聚合物 4-Se， 4-Te 電導率 (1.26‒5.39×10-6 S∙cm–1) 遠低於起始物 1 (4.02×10-7 S∙cm–1)。然而，聚合物3, 4-Se, 4-Te 和 5之晶體顯示較錠片更低之電導率數值 (1.48‒5.34×10-7 S∙cm-1) 。配合晶體晶面解析 (crystal index) 探討聚合物電子傳遞之方向，發現聚合物 4-Se, 4-Te 晶體的最長邊與b軸重合，顯示聚合物 4-Se, 4-Te皆以1D/2D 的陽離子結構以及陽離子之間C‒H···π 作用力為橋梁進行電子傳遞。而聚合物 5 晶體的最長邊與a軸重合，顯示聚合物 5 應是沿著陰離子 [Et4N]2[2a] 和分子間 C-H…O 氫鍵弱作用力作為橋樑進行電子傳遞。這些弱作用力可以有效地促進電子傳輸，從而增強了此系列聚合物在固態下的穩定性和半導體行為。Item 十六族元素碲混合第六族過渡金屬 (鉬、鎢) 之團簇物與十六族元素硒混合過渡金屬 (鐵、銅) 之聚合物之合成、結構、對小分子之吸脫附能力與半導體性質討論(2020) 盧楷翔; Lu Kai-SiangTe-M−CO 系統 (M = Mo, W) 將一系列多核含碲混合第六族金屬 (鉬、鎢) 羰基團簇物，包含籠型化合物 [Et4N]4[Te7Mo6(CO)20] ([Et4N]4[1])、籃型化合物 [Et4N]4[Te6Mo6(CO)15] ([Et4N]4[2]) 及碗型化合物 [Et4N]4[Te6W5(CO)12] ([Et4N]4[3])，分別與一當量的金屬氧化試劑 [Cu(MeCN)4][BF4] 於室溫下進行反應，可獲得一系列新穎的銅引入之含碲之鉬/鎢金屬羰基團簇物。有趣的是，此系列化合物中所引入銅離子的方式與銅離子的配位模式皆不盡相同。化合物 1 之陰離子作為籠型主體並將客體銅離子嵌入籠內，形成化合物 [Et4N]3[CuTe7Mo6(CO)20] ([Et4N]3[1-Cu])。由X-ray單晶繞射儀 (X-ray single crystal diffractometer) 解析其晶體結構得知，銅離子引入後其配位數高達八配位。有趣的是，當籃型化合物 2 與銅試劑進行反應，可得頂部 Mo(CO)3 片段被置換為銅原子之化合物 [Et4N]3[CuTe6Mo5(CO)12] ([Et4N]3[2-Cu])，其分子式與結構係由元素分析 (Elemental analysis, EA)、金屬比例分析 (Energy-dispersive X-ray spectroscopy, EDS) 與理論計算 (Density functional theory, DFT) 佐證。此外，當碗型化合物 3 以相同條件進行反應，可生成與化合物 2-Cu 有相似結構之籃型化合物 [Et4N]3[CuTe6W5(CO)12] ([Et4N]3[3-Cu])。從 X-ray 電子能譜 (High resolution X-ray photoelectron spectrometer, HR-XPS) 得知化合物 1-Cu、2-Cu 與 3-Cu 內的銅原子可獲得由 Te7Mo6(CO)20、Te6Mo5(CO)12 及 Te6W5(CO)12 基團提供的電子，使銅離子由正一價氧化至接近零價。我們針對此系列銅引入/置換/加成的化合物 1-Cu、2-Cu、3-Cu 與其前驅物 1−3 及其氧化產物 [Et4N]2[Te6W5(CO)12] 與 [Et4N]2[Te12M10(CO)24] (M = Mo、W) 進行電化學、固態反射式光譜及液態電子吸收光譜的分析及比較，並以理論計算佐證。 Se−Fe−Cu−p-DCB 系統 [SeFe3(CO)9Cu2(MeCN)2] 與 1.5 當量含氮配體para-dicyanobenzene (p-DCB) 進行反應，可生成一維 (one-dimensional) 單－雙股橋接 (singly-doubly linked) Z 字線型 (zigzag chain) 聚合物 [SeFe3(CO)9Cu2(p-DCB)1.5]n (1)。過去研究結果顯示，通過溶劑輔助研磨 (Liquid-assisted grinding, LAG) 方法將苯環衍生物 (toluene、xylene、ethylbenzene、cumene、pseudocumene、propylbenzene、ethyltoluene、durene)、多苯環化合物 (naphthalene、anthracene) 以及雜環化合物 (THF) 成功引入至聚合物 1 中。由 X-ray 結構解析得知，相較於聚合物 1 ，聚合物 1-S (S = toluene、THF) 的結構中主體聚合物鏈與鏈之間可滑動形成一空間容納引入的客分子，其中客分子 toluene 與 THF 可分別以 C−H…(toluene與 C−H•••O(THF) 與主體結構中的 p-DCB 產生弱作用力，使其可穩定嵌入於主體聚合當中。有趣的是，本研究結果進一步發現聚合物 1 可透過直接研磨碳數少的 C7 和 C8 客分子 (toluene、xylene、ethylbenzene、THF) 方法 (neat grinding) 完成客分子的引入並透過 PXRD 圖譜證明。此外，進一步選用與 THF 結構相似但具有 電子之furan 或 thiophene 作為客分子進行研磨，由PXRD 光譜判斷，客分子 furan 與 thiophene 亦以 C−H…弱作用力吸附於 p-DCB 上。另一方面，在合成聚合物 1 時額外加入含硝基之苯環化合物 nitrobenzene 進行一鍋化反應，可將 nitrobenzene 做為客分子嵌入，產生聚合物 1-nitrobenzene，其PXRD 圖譜與 1-toluene 相似。有趣的是，將聚合物 1 以 nitrobenzene 溶解後於低溫再結晶七天，可得黑色針狀晶體，經 X-ray 結構解析得知，其主體聚合物結構卻為單－單股橋接 (singly-singly linked) 之 [SeFe3(CO)9Cu2(p-DCB)(nitrobenzene)2]n。此外，聚合物 1-THF 可通過減壓加熱之方式移除低沸點客分子 THF 回收聚合物 1，而含高沸點之苯環類客分子 o-xylene 的聚合物 1-o-xylene 則利用 THF/Hexane 再結晶方式得到 1-THF，再將 THF移除，回收聚合物 1。最後通過固態反射式光譜得知，聚合物 1 及其衍生聚合物具有半導體特性其能隙 (Energy gap) 範圍於 1.43－1.50 eV，並利用高解析 X-ray 電子能譜 (High resolution X-ray photoelectron spectrometer, HR-XPS) 與 X-ray 吸收近邊緣結構光譜 (X-ray absorption near-edge spectrum, XANES) 量測聚合物中銅原子之價數，結果顯示銅原子由正一價降低至零價。Item 覆鈀、銥於鉬針形成金字塔單原子針尖之研究(2011) 陳怡如; Chen Yi Ju本實驗利用場離子顯微鏡觀察純鉬針與鈀、銥蒸鍍於鉬針上加熱退火後的皺化行為，利用不同的加熱退火溫度觀察鉬{111}面的皺化。在純鉬實驗中發現，加熱退火溫度在800℃以上時，三個{211}往{111}擴張形成金字塔結構，其每層原子數分別為3、10、21顆，並未形成單原子針尖。而在覆鈀於鉬針的實驗中，在低溫即可觀察到{211}面劇烈擴張，並在加熱退火至700~900℃時，觀察到{211}面取代{111}形成兩種類型的結構，分別為1、3、10及1、6、15堆疊之金字塔單原子針尖。此外，在覆銥於鉬針的實驗中，由於銥和鉬容易形成合金，無法形成單原子針尖。 最後，本實驗亦研究純鉬系統其它切面的皺化行為，發現{110}、{211}、{210}切面在{741}面形成奈米針尖；{211}、{210}、{311}切面在{732}面組成奈米針尖；{310}、{210}、{311}切面在{831}面組成奈米針尖；兩個{211}和{110}切面在{221}面組成奈米針尖。Item 含主族元素(Bi、Te)與過渡金屬(Mo、Ru)團簇化合物的合成與化性研究(2007) 吳沛凡1. Bi-Mo-CO系統 將NaBiO3與Mo(CO)6以莫耳比為1：1的比例於MeOC2H4OH中加熱迴流反應，可得到主體結構為四面體的化合物[Bu4N][BiMo3(CO)9(-OC2H4OMe)3Na]。 此化合物可與正一價或正二價陽離子做離子交換反應得到一系列相似結構之產物[BiMo3(CO)9(-OC2H4OMe)3ML]- (ML = Li，Tl，Ca(NCMe)2，Ca(OAc)，Pb(NO3)，ZnCl，Cd(OAc)，HgCl2，CoCl)。有趣的是當[BiMo3(CO)9(-OC2H4OMe)3Na]-加入KCl時卻無法反應，可能是立體障礙造成的結果。此外[BiMo3(CO)9(-OC2H4OMe)3Na]-與Pb(OAc)2反應時則可得到dimer形式的產物。同時我們進一步利用理論計算來佐證實驗中所得到的結果。 2. Te-Ru-CO系統 將K2TeO3與Ru3(CO)12以莫耳比為1：1的比例於MeOH中加熱迴流反應，可得到主體結構為八面體的化合物[PPh4]2[TeRu5(CO)14]•CH2Cl2。利用[PPh4]2[TeRu5(CO)14]•CH2Cl2與CuX (X = Cl，Br，I)反應，依不同比例可生成一系列含銅的新穎化合物：[TeRu5(CO)14CuX]2-、[TeRu5(CO)14Cu2X2]2-、[Te2Ru10(CO)28Cu4X2]2-與[Te2Ru4(CO)10Cu2X2]2-，並探討相互間的轉換關係，此外，我們亦利用理論計算來探討其相關的性質。Item 第十六族碲與過渡金屬(Cr、Mo、Mn)金屬團簇化合物之合成與化性和物性研究(2007) 陳佩琪[1] 碲(Te)-鉻(Cr)系統的研究 將 [Te{Cr(CO)5}3]2-與HBF4或O2反應，會迅速反應生成已知的平面型化合物 [Te2{Cr(CO)5}4]2- (1)，而與有機試劑ClH2C(C6H4)2CH2Cl反應則可得到新的雙聚合化合物 [H2C(C6H4)2CH2Te2{Cr(CO)5}6]2- (2)。利用 HgCl2 分別與 [Te{Cr(CO)5}n]2- (n = 2, 3) 進行反應，可成功合成出以汞橋接之雙聚合金屬團簇化合物 [HgTe2{Cr(CO)5}n] 2- (n = 6, (3); n = 4, (4))，化合物 3 亦可藉由化合物 4 與 HgCl2 試劑反應而獲得。將 [Te{Cr(CO)5}3]2- 更進一步與 Se powder反應，可成功得到一開放型結構化合物 [SeTe{Cr(CO)5}3]2- (6)。此外，我們針對新的化合物與相關的化合物做一系列的比較，並藉由分子軌域理論計算更深入探討其結果。 [2] 碲(Te)-鉻(Cr)-錳(Mn)系統的研究 將化合物 [Te2Cr2Mn2(CO)18]2- (7) 於鹼性丙酮與甲醇混合溶劑中，加熱迴流，可得一特殊混合鉻-錳金屬雙三角錐化合物[Te2CrMn2(CO)9]2- (8)。將化合物8 與 CO氣體於室溫下反應，可得到四角錐封閉型結構化合物 [Te2CrMn2(CO)10]2- (9)。化合物 9 於二氯甲烷溶劑下加熱迴流則進行逆反應而得到化合物 8。化合物8與 O2 氣體在二氯甲烷室溫下反應可生成化合物 9。將Cu(MeCN)4BF4 試劑與化合物 9 反應則得到化合物 8。此二化合物均符合18電子計算規則，然而經由SQUID磁性測量可發現，於室溫 (300 K) 時均呈現S = 1，即具有2個不成對電子，顯示出反鐵磁 (antiferromagnetism) 的現象。另外，我們也利用DFT理論計算來探討此現象。 [3] 碲(Te)-鉬(Mo)系統的研究 將 [Te2Cr3(CO)10]2- (10) 和Mo(CO)6的丙酮溶液加熱反應，不同的反應時間，可得到不同的結果：與4當量的Mo(CO)6 加熱反應2天，可得到包含2個hydride主結構為四面體新型化合物 [H2Te2Mo4(CO)12]2- (11)；將反應時間縮短至1小時，則可得到開放結構混合金屬鉻、鉬新的化合物 [Te2CrMo3(CO)18]2- (12)；將反應時間縮短至30分鐘，得到一已知開放結構化合物 [Te2Cr2Mo2(CO)18]2- (13)。將化合物 13 與2當量的Mo(CO)6於丙酮溶液中加熱反應可得到化合物11。而化合物10與4當量的Mo(CO)6於室溫下反應14 天，僅可得到已知化合物 13。另外，我們也利用DFT理論計算來佐證與推測實驗的過程。