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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    以電化學法製備金奈米結構及其應用之研究
    (2009) 林苔瑄; Lin, Tai-Hsuan
    摘要 奈米材料於近幾十年備受矚目並引起研究熱潮,成為當紅的尖端科技,最主要的原因在於隨著尺寸的縮小及構形的改變,奈米級結構會呈現出有別於塊材之獨特的物理與化學性質。就我們所知,金為高化學惰性的貴重金屬,但當金的尺吋微小至數奈米時,其物理和化學性質會隨粒徑奈米化而改變,隨著粒徑縮小,比表面積大幅增加、粒子邊緣及裸露角增加、與載體之接觸表面積增加,金的表面形成凹凸不平的原子台階,而呈現獨特催化活性,如果再搭配可還原性金屬氧化物載體即可成為高活性的奈米金觸媒。除此之外,金奈米結構所具有之優異獨特的光學、化學以及電子學性質,使之可更廣泛地應用在電子、化學以及生醫等領域(如:奈米電子元件、化學感測器、燃料電池、觸媒催化、生物感測器…等)。在此論文中,我們利用電化學脈衝電鍍法製備所需之金奈米粒子以及具有樹枝狀分支的金奈米結構。 金奈米粒子以脈衝電鍍沉積於表面改質或未改質的玻璃碳電極基板上;苯磺酸分子以電氧化方式進行嫁接達到改質修飾表面的目的,藉由X光光電子能譜儀、循環伏安法以及交流阻抗來分析探討嫁接苯磺酸分子後,玻璃碳電極表面性質的變化。接著,經由調變電鍍液的濃度和電鍍時間,可控制奈米粒子的尺寸大小以及於基版上的分散性,完整製備後的電極於富含氧氣的磷酸緩衝溶液裡進行電催化活性的量測。金奈米粒子生成於苯磺酸分子修飾後之電極,其無論粒子的分散性或比表面積都有顯著的增加,相較於未經修飾的玻璃碳電極與多晶的金電極更表現出較佳的電催化活性。 以相同的電化學沉積法,在玻璃碳電極上製備出具有良好結晶性並呈現三軸對稱的支狀金結構,此乃由於電鍍溶液裡添加了含有硫醇官能基之氨基酸的緣故。由於金的不同晶面 (facet) 對於硫原子具有不同的鍵結強度,因此利用氨基酸在各個晶面形成硫金鍵 (S-Au bond),佐以提供適當的電鍍電位來進行金奈米結構的控制生長實驗。金樹狀結構主體呈現三軸對稱,由皆沿著 (111) 晶面方向成長的主幹、分支以及奈米葉片共三個部分組成,我們利用x光光電子能譜儀、掃瞄及穿透式電子顯微鏡、x光繞射儀來確定鑑定其結構成分。再者,對於甲醇氧化以及氧氣還原的電催化活性,金樹狀結構的表現優於多晶的金電極。
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    雙界面活性劑系統之金奈米棒的合成與金奈米棒之表面修飾以及再生長銀
    (2018) 林士堯; Lin, Shih-Yao
    使用雙界面活性劑系統合成出不同大小以及長寬比的金奈米棒,探討每個條件對於尺寸的影響,尺寸對於金奈米棒的表面電漿共振現象有何種影響及表面修飾過後的奈米金棒在光譜及電子顯微鏡下會如何改變,並對其表面做官能基修飾或者在表面上沉積銀原子形成金-銀雙金屬結構。由於金奈米棒的各向異性導致其具有不均勻的電磁場強度分佈,金奈米棒的兩端對於訊號(如螢光、拉曼散射光)有明顯增強的效果,因此在兩端接上具有螢光放光的金奈米團簇預期會使螢光強度增強。實驗中,表面的官能基修飾選擇使用含有硫醇基的聚合物,方便之後修飾在金奈米棒的表面,聚合反應則是以N-羧酸酐聚合法,合成出直鏈聚合物。聚合物之末端帶有氨基,能透過EDC/NHS與帶有羧酸的分子進行交聯反應,使其固定在聚合物的末端,達到固定在金奈米棒表面的目的。表面修飾後的金奈米棒可選擇性的在兩端接上物質,探討兩端強電磁場對於物質的螢光訊號影響。此外,在金奈米棒上沉積銀原子形成金-銀雙金屬結構(Au/Ag-Core/Shell) (Au@Ag nanocuboids),探討其在光譜上的變化,之後透過Galvanic Replacement reaction使用CTAC-Au(III)溶液將銀殼表面部分置換成金殼,形成具有空腔之金棒-金殼結構(gold nanorattles),這樣的結構在空腔內也具有很強的電磁場分佈,期望能在空腔的部分載入螢光物質,預測會有更高的訊號增強。
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    碳質材料的表面改質與鑑定及其應用於水解生物質衍生之葡聚醣的研究
    (2018) 王家惠; Wang, Jia-Hui
    本研究利用石油精煉所產出之廢棄碳質材料,介相瀝青(Mesophase pitch),經由各種化學表面修飾可以將酸性官能基團集中在其層狀結構邊緣上,已達到高的酸表面覆蓋率,且空間上鄰近的官能基可以仿纖維素水解酶上鄰近的羧酸基一般,有效水解纖維素的醣苷鍵斷鍵進而提高葡萄糖產率。以下本研究將使用四種不同的化學改質方式:(1)硫酸修飾(MP-SO3H)、(2)硫酸修飾再經水熱處理(MP-SO3H-HT)、 (3)硝酸修飾(MP-COOH)、(4)次氯酸鈉修飾(MP-Oxy)來合成酸性官能基化的碳質觸媒,並藉由表面分析來鑑定改質後之材料結構穩定度、酸性官能基團的組成等。由酸鹼反式滴定及元素分析計算表面的總酸量及不同酸性官能基團的組成,再藉由粉末X射線衍射計算材料的層間距離以及利用氮氣吸脫附測量材料的比表面積。另外,13C DP-MAS固態核磁共振光譜的分析中觀察到大部分的酸性官能基團位於sp2的碳上,因此可推論主要是在石墨納米結構邊緣上被改質。進一步將此一系列改質後的碳材用來做為水解纖維素的觸媒使用,在與纖維素(分子量約莫7,370 Da)的水解實驗中僅使用酸與纖維素的比例約4.8 mol%的催化劑(MP-SO3H)即可達到約44 mole %的高葡萄糖產率,再者由此催化劑上之酸性官能基團在水溶液中浸出(leaching)所造成的葡萄糖產率低於3 mole %,證實本研究設計之催化劑具有良好的穩定度以致於整個催化反應兼具環保與效率。 除此之外,本研究意外發現在二氧化碳吸附的分析結果中,MP-SO3H-HT具有特別顯著的二氧化碳吸附量約為28 wt% (273K),由於本碳質材料為一層狀結構,有別於先前文獻所提到需具有孔洞及特定官能基之材料始具有的吸附能力,因此推論此一催化劑未來將有助於應用在二氧化碳吸附及封存。