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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    以多尺度計算化學方法理解孔洞材料:以基於MOF-253的催化劑為例
    (2024) 謝孟錡; HSIEH, Meng-Chi
    由於大氣中二氧化碳濃度提升,造成全球性的環境變遷,並影響生物生存,目前科學界對於解決此問題具有急迫性。金屬有機骨架作為孔洞性材料,具有好的儲存氣體的能力。 MOF-253 經證實對於二氧化碳有很好的吸附能力。本論文旨在通過應用多尺度模擬來加速設計、篩選後修飾合成後的 MOF-253,作為催化中心。目的有四:設計空間尺度由下到上的篩選策略、設計時間尺度由上到下的篩選策略、設計適用於金屬有機骨架材料的模型、推測在此類材料上的反應路徑。第一章詳細敘述本研究的研究背景、動機與架構。第二章說明實驗方法以及用於模擬實驗的理論。第三章說明空間尺度由下到上的篩選模式的實驗設計與研究結果。第四章說明時間尺度由上到下的篩選模式的實驗設計與研究結果。第五章總結本研究的成果並說明未來的展望。透過本研究,提出了三個可行的單金屬反應中心作為活化的催化劑,並且提出了另一種可能的金屬雙體反應中心形式可以做為催化中心。同時,也說明了對應這些催化中心的反應機制。此外,也提出了在金屬有機骨架材料中,連接體旋轉的影響因素與帶來的影響。期許本研究能對於孔洞材料的相關研究發展有所助益。
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    以化學氣相沉積合成生長錳摻雜鈣鈦礦奈米粒子及其於中孔洞沸石中之限制生長
    (2021) 傅宇謙; Fu, Yu-Cian
    本研究以高表面積(SBET > 800 m2 / g)的中孔沸石奈米粒子(mesoporous zeolite nanoparticles, MZNs)做為基材,於高溫下(700-900°C)溴化鉛與溴化銫為前驅物進行化學氣相沉積(chemical vapor deposition, CVD)反應,合成中孔洞限制的CsPbBr3/Cs4PrBr6的鈣鈦礦(pervoskite)奈米粒子。鈣鈦礦奈米粒子大小可以藉由前驅物比例及溫度改變加以調控,其電子結構及型貌利用紫外-可見光譜儀、螢光光譜儀、X-光繞射及穿透式電子顯微鏡佐證。合成過程中引入鎂離子及具有未成對電子的錳離子,使摻雜之鈣鈦礦奈米粒子放光具有不同波長,其結構組成、電子結構及自旋特性,以感應偶合電漿質譜、X光繞射光譜、螢光光譜及電子順磁共振光譜儀證實。此外,使用具半導體特性的中孔氧化石墨烯奈米粒子(mesoporous graphene-oxide nanoparticles, MGNs)做為基材時,可有效增進電荷分離效率,於照光下可使二氧化碳還原成一氧化碳,並以紫外-可見光譜儀及螢光光譜佐證其電子結構之變化。無機鈣鈦礦材料具良好的發光及催化效能,未來欲結合中孔洞薄膜材料之生長,生長具大氣穩定之太陽能轉換材料,提供異質結構於中孔洞沸石材料上限制生長之研究。
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    原位光導技術量測二硫化鉬極致薄膜材料於二氧化碳光催化還原反應的應用
    (2021) 柯尚緯; Ke, Shawn-Wei
    本篇論文主要探討使用熱蒸鍍與化學氣相成沉積法合成的三奈米半導體薄膜材料二硫化鉬(MoS2)在光催化二氧化碳還原的反應機制,而我們也藉由薄膜材料對環境感測優異的特性,製作光感測裝置並且使用四極式半導體探針體測量儀去觀測光電導在光催化反應中變化,來幫助我們更深入反應中電子傳遞機制。在我們所測量光導數據主要所做的差異化實驗有環境變因和波長變因去設計實驗,而在光催化方面我們是採用氣體氣相層析去量測與計算產量,再使用長時間光導測量去比較在不同氣體環境下的數據差異,可以得知在二氧化碳和水氣得環境下確實能使光電流下降,即代表載子被氣體分子吸收還原為可循環利用的有機分子燃料。而在波長上主要是紫外光有最佳的光響應,甚至造成了特殊的巨大持久性光導(GPPC) 性質,藉由上述兩者的數據結合,我們能推導出光激發載子與反應氣體間的電子傳遞機制。為了解釋電子傳遞的行為,從能帶彎曲的兩種模式表面電子聚集(SEA)和表面電子消耗(SED),並且參考了光電導的載子活期和光電流大小等特性,推論出表面電子聚集為本薄膜材料提出一個合理和完善的解釋。本研究為了解電子傳遞效應如何影響材料的催化效率,主要的方法即是生成凡德瓦二維異質材料,藉由生長三奈米二硫化鉬薄膜於單層石墨烯來達到材料之間優異的原子級接觸和特殊傳遞特性,更藉此影響和增進光催化二氧化碳還原產率。
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    氧化還原置換合成三元金屬奈米材料與光催化的應用
    (2019) 溫洧正; Wen, Wei-Cheng
    以金奈米雙三角錐(Gold Nanobipyramids, AuNBPs)與金奈米棒(Gold Nanorod, AuNRs)兩種材料在Hexadecyltrimethylammonium chloride(CTAC)環境中將銀離子還原在表面,以至表面生長銀後形成棒狀及塊狀的金/銀-核/殼的結構,接著以銀做為媒介,利用氧化還原電位的差異,將金、鈀、鉑進行對銀的賈法尼置換(Galvanic replacement reaction),並研究各材料與各金屬之間置換後在構型上的差異及光譜上的變化。由於實驗所使用的三價金與四價鉑皆為高價數金屬,導致大量的銀被置換後只能換上少量的金及鉑,進而使其外部構型不甚堅固,因此實驗中我們利用Sodium oleate(NaOL) 先將三價的金先行還原成一價的金,再與二價的鉑一同進行不同價數的相同金屬對同一材料進行置換,讓等量的銀可以置換上較多的金及鉑,使其結構達到更加穩固之目的。最後嘗試將此種材料應用在光電催化實驗上,如產氫反應及二氧化碳還原反應。