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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    壹、N-溴代丁二醯亞胺作為催化劑在有機合成上的應用; 貳、磷化物在有機合成上之應用;參、合成含有1,2,4-噁二唑之吡唑類衍生物在CB1受體拮抗劑之生物活性研究
    (2008) 郭俊偉; Chun-Wei Kuo
    本論文共分成三部分 第一部分以便宜易取得之N-溴代丁二醯亞胺 (NBS) 試劑,分別催化合成具生物活性1,5-benzodiazepines衍生物以及吲哚基硝基烷化合物,此高效催化效率皆可使反應順利進行,並得到高產率的產物。 第二部分以磷化物試劑,二氯化磷酸乙酯 (ethyl dichlorophosphate)或是二氯化磷酸苯酯 (phenyl dichlorophosphate)進行官能基的轉變及Beckmann 重排反應,反應順利可在室溫下進行並且得到高產率的產物。 第三部分為探討含1,2,4-噁二唑為新型CB1受體拮抗劑之抗肥胖藥物的開發研究,以Rimonabant(SR141716A, Acomplia™)作為先導化合物進行pyrazole-C3位置的官能基修飾,依生物同質性概念成功引入1,2,4-噁二唑取代之新型化合物並顯現高度之CB1受體親和力、功能活性與CB2/1選擇性。發現具高度CB1親和力與CB2/1選擇性的化合物如11g, 11h等,將適合針對減重機制與抗肥胖藥物的特性進一步深入研究動物體內活性(in vivo efficacy)、藥物動力學(pharmacokinetics)及毒理試驗(toxicology)期能獲得具有潛力治療肥胖症的先導藥物或候選藥物。
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    似單氧化酵素之三鐵金屬簇化物之研究
    (2012) 辜大維
    於先前實驗室研究結果,我們發展出配位基7-Dipy能與銅離子形成三核銅金屬簇離子化合物及三核錳金屬簇離子化合物,且在常溫常壓的狀態下,三核銅金屬簇離子化合物可加入雙氧水來有效催化環己烷(C6H14)的碳氫鍵(C-H鍵能99.3kcal/mol),將環己烷氧化成環己醇(C6H13OH)與環己酮(C6H12O)。三核錳金屬簇離子化合物則可加入TBHP來有效催化環己烷(C6H14)的碳氫鍵(C-H鍵能99.3kcal/mol),將環己烷氧化成環己醇(C6H13OH)與環己酮(C6H12O)。 在我的研究當中,嘗試使用鐵作為配位金屬,將7-Dipy加入三當量的FeIICl2,藉由ESI-MS光譜圖判斷,證實生成三核鐵金屬簇化物[FeIIFeIII(μ-O)FeIII(7-Dipy)(Cl)2]Cl2 (2) ,同時也對此三核鐵簇化物進行UV、CV和EPR的光譜分析。催化的部分,同樣是先選擇環己烷作為受質,加入TBHP或是雙氧水作為氧化劑,發現也可將環己烷氧化成環己醇與環己酮,對催化反應的時間追蹤做研究,也可發現反應直到10小時都可持續進行。接著便針對改變催化受質進行一連串的同質實驗,使用過的受質包括環戊烷、正戊烷、正己烷、正庚烷、正辛烷、甲苯。 而為了更進一步了解三核鐵簇化物在進行催化反應反應機構,因此我們利用對自由基相當靈敏的DMPO去檢測三核鐵金屬簇化物[FeIIFeIII(μ-O)FeIII(7-Dipy)(Cl)2]Cl2 (2) 在加入TBHP、受質環己烷與在甲醇溶劑底下進行催化反應後,立即偵測其EPR光譜,發現其光譜特性與HRP(horseradish peroxidase)/H2O2反應後類似。
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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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    利用第一原理探討水煤氣在過渡金屬上的轉移反應趨勢
    (2010) 黃世昌; Huang Shih-Chang
    利用密度泛函理論(DFT)可有系統的檢視最密堆積的過渡金屬Co, Ni Cu (第三週期) Rh, Pd, Ag (第四週期) 和 Ir, Pt, Au (第五週期)上水煤氣轉移反應(water gas shift,簡稱WGS)機構,計算出的能量態顯示WGS的活性主要受到兩種步驟類型的影響:O-H鍵的斷裂和C-O鍵的生成。本次研究中在過渡金屬上的活化能障和反應熱有很好的線性關係,從能量上的觀察O-H鍵斷裂和C-O鍵形成在週期表上的趨勢是互為相反的,以週期表趨勢來看第9 族< 10族 < 11族 ; 第3週期 < 第4週期 < 第5週期,換句話說,越往右下的金屬表面如Cu、Ag、Pt、Au,擁有相對較低的C-O鍵結活化能障和反應熱,表示對於WGS反應有較好的活性。此外,能量基礎上的趨勢也利用吸附能、density of state (DOS) 和 charge density來檢視,結果顯示左上的過渡金屬有較高的能量和較狹窄的d軌域的分佈,藉以造成強吸附能來穩定解離物,O-H解離反應有較低的活化能障和反應熱。此能量趨勢上的預測對於其他催化反應工作,如:乙醇催化裂解和CO氧化,可有效的設計預期的反應。
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    理論計算探討乙醇在2Ru/ZrO2(111)表面之脫氫反應
    (2009) 陳育偉; CHEN,YU-WEI
    本論文分為兩大主題: 第一部分:乙醇在2Ru/ZrO2(111)表面之脫氫反應 我們使用週期性的密度泛函理論來研究乙醇在2Ru/ZrO2(111)表面催化下之脫氫反應,我們計算出來乙醇有最大吸附能的結構是以乙醇的O原子接在表面的Ru原子上,而這個結構接續的反應會經由O-Ru路徑,即斷鍵的順序是:O-H鍵→βC-H鍵→C-O鍵而最後得到乙烯吸附在表面上;另外一個有第二大吸附能的結構是以乙醇的αC原子吸附在表面的Ru原子上,這個結構接續的反應會經由αC-Ru路徑,即斷鍵的順序是:αC-H鍵→O-H鍵→(βC-H鍵) →C-C鍵而最後得到氫氣。最後,我們也計算了吸附在表面上的H原子結合成氫氣的反應位能面,其所計算出來的能障大約是20-30 kcal/mol。這個結果象徵著使用參雜Ru的ZrO2表面可能是個頗為有效的催化劑來催化乙醇的脫氫反應。 第二部分:在ZrO2表面參雜Ru與否對催化乙醇脫氫反應的影響 我們使用週期性的密度泛函理論來研究乙醇在ZrO2(111)表面以及2Ru/ZrO2(111)表面催化下之脫氫反應的差別,發現在ZrO2(111)表面脫氫反應所需克服的活化能比在2Ru/ZrO2(111)表面還要高,特別是斷βC-H鍵的過程,其活化能的差距為36.05 kcal/mol,這導因於斷βC-H鍵產生的吸附物非常的不穩定。試著了解造成這個現象的原因,我們做了態密度以及變形能的分析,而分析的結果發現這導因於兩個因素:(1) 乙醇的O、C原子與2Ru/ZrO2表面的Ru原子的作用力強過與ZrO2表面的Zr原子的作用力;(2) 乙醇在ZrO2(111)表面催化下斷βC-H鍵所得到的吸附結構,其表面的變形能比起在2Ru/ZrO2(111)表面催化下的情形大很多(30.41 kcal/mol)。
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    理論計算探討在 2Ru/γ-Al2O3(110) 表面之乙醇脫氫及水氣轉移反應機構
    (2009) 廖正豪; Cheng-Hao Liao
    本篇論文我們利用週期性密度泛函數理論(DFT)的計算方法,探討在2Ru/γ-Al2O3(110)表面上對於乙醇脫氫以及水氣轉移(WGS)的反應機構。我們計算出乙醇最穩定的吸附結構是乙醇以氧端吸附於表面的Al原子上,βC端靠近表面的Ru原子,我們將此位向的乙醇脫氫路徑稱為βC path。此路徑的斷鍵順序為βC-H鍵 → C-O鍵,而其活化能為:0.109 → 1.159 eV,最後形成CH2CH2(a) + OH(a) + H(a)在表面上。第二穩定的乙醇吸附位向是以氧端吸附於表面的鋁原子上,αC端靠近表面的Ru原子,此脫氫路徑稱為αC path,此路徑最主要的斷鍵順序為αC-H鍵 → O-H鍵 →αC-H鍵 → C-C鍵 → βC-H鍵,而其活化能為:0.234 → 0.992 → 0.349 → 0.899 → 0.223 eV,最後產生CH2 (a) + CO(a) + H(a)在表面上。結果顯示理論計算與實驗上相符合。 水氣轉移反應的機制主要分為兩種:(1) carboxyl mechanism; (2) redox mechanism。在進行水氣轉移反應前我們先計算出一個一氧化碳與一個水分子在表面吸附能最佳的位置。水氣轉移反應第一步的水分子解離後不管是經由carboxyl mechanism或是redox mechanism反應都會遇到2 eV以上的能障導致反應無法繼續。於是採用將三個水分子同時吸附在表面上第一層的三個鋁原子上與一氧化碳進行水氣轉移反應。 計算三個水分子的系統後我們發現在2Ru/γ-Al2O3(110)表面上的水氣轉移反應較傾向經由redox mechanism路徑。此路徑會先進行 OH(a) → H(a) + O(a)步驟,活化能大小為1.219 eV;接下來會經由 CO(a) + O(a) → CO2(a) 產生二氧化碳,其活化能為1.497 eV。而carboxyl mechanism路徑的活化能比redox mechanism高,且中間產物也較不穩定。