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 混合十五族(銻)與十六族(硫、硒、碲)之鐵羰基團簇化合物的合成、化性、物性與理論計算探討(2020) 葉信宏; Yeh, Hsin-Hung透過 [EFe3(CO)9]2─ (E = Te, Se, S) 與1當量三氯化銻 (SbCl3) 反應生成混合十五族(銻)與十六族(碲、硒、硫)之新穎鐵羰基團簇化合物 [{SbTeFe3(CO)9}{Te2Fe3(CO)9}]– (1), [{SbSeFe3(CO)9}{Se2Fe2(CO)6}]– (2) 與 [{SbSFe3(CO)9}{SFe3(CO)9}]– (3)。化合物 1-3 其結構可視為含[SbEFe3(CO)9] (E = Te, Se, S) 之四角錐型主體，其中的 Sb原子分別外接垂吊的 (pendant) 金屬羰基團簇物片段 [Te2Fe3(CO)9]、[Se2Fe2(CO)6] 及 [SFe3(CO)9]。根據高解析X-ray 電子能譜 (High resolution X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS) 、 X-ray吸收近邊緣結構光譜 (X-ray Absorption Near-Edge Structures, XANES) 發現，化合物 1-3 的 Sb 原子其氧化態為 0。此外，微分脈衝伏安法 (Differential Pulse Voltammetry, DPV) 的測量結果顯示，化合物 1-3 具有擬可逆還原峰位置分別在−0.484、−0.532及−0.586 V（W1/2 = 92、184 及112 mV），暗示化合物 1-3具有還原特性，因此，化合物 1-3 進一步與1當量 [Et4N][HFe(CO)4] 或 [K][HCr(CO)5] 反應時可得到金屬轉移化 (transmetalation) 的產物 [{SbEFe3(CO)9}{M(CO)x}]– (M(CO)x = Fe(CO)4, E = Te, 1-Fe; Se, 2-Fe; S, 3-Fe; M(CO)x = Cr(CO)5, E = Te, 1-Cr; Se, 2-Cr; S, 3-Cr)，化合物 1-M (M = Fe, Cr)、2-M (M = Fe, Cr)、3-M (M = Fe, Cr) 其結構可視為四角錐型主體 [SbEFe3(CO)9] (E = Te, Se, S) 其中的 Sb原子分別外接下垂的 Fe(CO)4、Cr(CO)5 金屬片段。此外，當化合物 2 或 3 與 1 當量 [Et4N][Mn(CO)5] 進行反應時，則產生由 Mn(CO)4 橋接的耳墜型 (earring)化合物 [{SbEFe3(CO)9}2Mn(CO)4]– (E = Se, 2-Mn; S, 3-Mn)。化合物 2-Mn、3-Mn 其結構可視為Mn(CO)4 橋接兩個四角錐型主體 [SbEFe3(CO)9] (E = Se, S)。有趣的是當化合物 1‒3 與競爭試劑 PEt3反應時，高活性之四角錐型化合物 [SbEFe3(CO)9]– (E = Te, Se, S) 可透過高解析液相層析電噴灑游離質譜 (HR-ESI-MS) 測得，顯示 PEt3 相對於 [SbEFe3(CO)9]– (E = Te, Se, S) 有較強的親核性 (Nucleophility) 。最後，本研究也藉由 Density Functional Theory (DFT) 理論計算輔助研究含銻與 16 族元素之金屬團簇化合物 1、2、3、1-M (M = Fe, Cr)、2-M (M = Fe, Cr, Mn)、3-M (M = Fe, Cr, Mn) 之結構、電子特性與光學性質。此系列化合物能隙落於 0.88-1.35 eV，皆具有半導體性質。Item 對苯二腈、雙磷烷、含氮異環碳烯橋接之EFe3Cu2 (E = S, Se, Te) 錯合物: 合成、轉換、半導性以及催化(2015) 林建男; Lin, Chien-Nan1. S/Fe/Cu/Dppx 系統之研究 透過蒸氣揮發與機械式研磨的化學方法，具有雙磷配基dppe連結著SFe3Cu2的團簇物 [{(m3-S)Fe3(CO)9}Cu2(dppe)] 與其一維聚合物[{(m4-S)Fe3(CO)9}Cu2(dppe)(MeCN)2]n 間存在著固態可逆轉換關係。其中聚合物[{(m4-S)Fe3(CO)9}Cu2(dppe)(MeCN)2]n能隙為1.69 eV，具有半導體特性。 2. Se, Te/Fe/Cu/p-DCB 系統之研究 當固態反應物 [EFe3(CO)9Cu2(MeCN)2] (E = Se, Te) 與取代基1,4-dicyanobenzene (p-DCB) 分別以1:1 以及 1:1.5的比例混合並加入幾滴THF進行研磨，可合成兩種以EFe3(CO)9Cu2為基底THF引入且取代基p-DCB分別以單股和混合單股與雙股橋接的型式所形成之一維聚合物[SeFe3(CO)9Cu2(p-DCB)1.5•0.5THF]n (1a-THF) 與[TeFe3(CO)9Cu2(p-DCB)•THF]n (2b-THF)。X光繞射分析顯示聚合物1a-THF其上雙股p-DCB相鄰苯環間呈現平行位移排列並有著分子內pi···pi作用力且1a-THF或2b-THF其晶格溶劑THF上的氧原子可和鄰近p-DCB上的氫原子相互作用形成微弱之C─H…O氫鍵。當研磨的溶劑替換為CH2Cl2，只有得到以TeFe3(CO)9Cu2為基底，混合單股與雙股p-DCB橋接的聚合物 [TeFe3(CO)9Cu2(p-DCB)1.5]n (1b)。反之，一旦於60度加熱並抽真空，1a-THF上的晶格溶劑THF可被移除並生成聚合物 [SeFe3(CO)9Cu2(p-DCB)1.5]n (1a)。1a和1b為isomorphous且其晶體結構同呈緊密堆積。有趣地，當[EFe3(CO)9Cu2(MeCN)2] (E = Se, Te) 與取代基p-DCB以1:1.5比例混合並加入幾滴CH2Cl2/toluene (v/v = 1/1) 進行研磨，可合成出以EFe3(CO)9Cu2為基底甲苯引入且取代基p-DCB分別以混合單股與雙股橋接的型式所連接之一維聚合物[EFe3(CO)9Cu2(p-DCB)1.5•0.5toluene]n (E = Se, 1a-toluene; Te, 1b-toluene)，其中甲苯的苯環與鄰近p-DCB上傾斜苯環的氫原子形成顯著的C─H···pi作用力。此外，藉由加入溶劑THF、CH2Cl2、 CH2Cl2/toluene 或是添加額外的 p-DCB 取代基進行溶劑輔助研磨，聚合物1a、1a-THF和 1a-toluene間抑或是 1b-toluene、2b-THF和 1b間可進行可逆地固態結構轉換，伴隨著晶格溶劑的吸附與脫附、晶體位移堆積以及晶體至晶體間的膨脹與收縮現象。此外，導電度的丈量呈現出聚合物1a(1b)、1a(1b)-toluene和 2b-THF具有半導體行為 (直流電導率, 10−3−10−2 Ω−1cm−1; 能隙, 1.42−1.50 eV)，其導電度會受到pi···pi或是C─H···O作用力調控，此現象進一步使用DFT理論計算加以解釋。 3. Te/Fe/Cu/NHC 系統之研究 一新型TeFe3(CO)9併入雙銅含氮異環碳烯 (N-heterocyclic carbene) 錯合物可直接藉由一鍋化反應製備。透過引入具推電子與立障的團簇陰離子基團 [TeFe3(CO)9]2− 及含氮異環碳烯作為取代基，這些以雙銅為基底的錯合物對同耦合催化硼酸反應表現出顯著的催化活性，即少量銅承載量 (0.5 or 1.0 mol%) 以及高產率 (直達98%)。Item 混合過渡金屬 (鉻、鐵) 之十五族 (銻、鉍) 錯合物與含十六族 (硫、硒、碲) 三鐵羰基汞銅陰陽離子聚合物之合成與其反應性及物性之探討(2017) 張惟傑; Chang, Wei-ChiehE‒Cr‒Fe 系統 (E = Sb, Bi) 過去已發表之平面化合物 [E{Cr(CO)5}3]‒ (E = Sb, 1; Bi, 2) 皆具有缺電子之不飽和性質，因此本研究進一步針對其路易士酸性、與親核試劑反應的差異進行探討。研究結果顯示，化合物 1 能與極弱親核試劑水 (H2O) 反應得路易士加成物 [(HO)Sb{Cr(CO)5}3]2‒ (1-OH)，但化合物 2 則無反應。有趣的是，由高解析 X-ray 電子能譜 (HR-XPS) 得知化合物 1 之中心 Sb 原子氧化態為 0 價。當 2 與 [HFe(CO)4]‒ 反應時，可得四面體化合物 [{Fe(CO)4}Bi{Cr(CO)5}3]3‒ (2-Fe)。進一步以 2-Fe 與 [FeCp2][PF6] 反應會經過一中間物 [Bi{Cr(CO)5}2{Fe(CO)4}]‒ (3) 而後斷裂重組生成穩定產物 [{Cr(CO)5}2Bi2{Fe(CO)3}3]2‒ (4)。另一方面，化合物 1 與 [HFe(CO)4]‒ 反應則生成 [(H)Sb{Cr(CO)5}2{Fe(CO)4}]2‒ (1-Fe) 與 [(H)Sb{Cr(CO)5}3]2‒ (1-H) 之混合物。此外，當 1-Fe 與過量 HBF4 於室溫下反應，可得耦合 (coupling) 產物 [FSb2{Cr(CO)5}3{Fe(CO)4}2]‒ (6)。有趣的是，若將 1-Fe 與 1 當量 [CPh3][BF4] 於 ‒30 oC 下反應可得 [Sb2{Cr(CO)5}4{Fe(CO)4}2]2‒ (7)。若 1-Fe 與 [CPh3][BF4] 於室溫下反應，並提高 [CPh3][BF4] 之當量數，則可得到 6 與極少量 [(HO)Sb2{Cr(CO)5}3{Fe(CO)4}2]‒ (8)。推測化合物 7 為中間物，可進一步生成 F 或 OH 取代之化合物 6 與 8。最後，本研究藉由電化學及 density functional theory (DFT) 理論計算輔佐，探討此系列反應之機制及氧化還原行為。 E‒Fe-Hg-Cu 系統 (E = S, Se) 將 [PPh]4[SeFe3(CO)9] 及 Hg(OAc)2 以當量比 1: 2 於 −30 oC MeCN 中進行反應，可得 Hg 原子橋接兩個 SeFe3 團簇物之化合物 [PPh4]2[{(μ3-Se)Fe3(CO)9}Hg{(μ4-Se)Fe3(CO)9}] ([PPh4]2[2])。[PPh4]2[2] 進一步與過去已發表之銅一維聚合物 [{Cu(MeCN)2(dpy)}{BF4}]n (1) 利用液態輔助研磨 (liquid-assisted grinding) 方式進行陰離子交換反應，可形成團簇物 2 之結構異構物嵌入含混合一維及二維銅陽離子的聚合物 [{Cu(dpy)(MeCN)2}{Cu(dpy)1.5(MeCN)}{{(3-Se)Fe3(CO)9}2Hg}]n (4)。若以 [Et4N]2[{(3-S)Fe3(CO)9}2Hg] 與聚合物 1 利用研磨進行陰離子交換反應後，結晶可得含硫−銅進一步鍵結之配位聚合物 [{Cu(dpy)(MeCN)}2{(4-S)Fe3(CO)9}2Hg]n (3')。此外，進一步透過高解析 X-ray 電子能譜 (HR-XPS) 及 X-ray 吸收近邊緣結構光譜 (XANES)，探討 EFe3Hg-Cu (E = S, Se, Te) 系列聚合物之銅原子氧化態。並由晶體固態堆疊圖發現，此系列聚合物皆具有分子間 C‒H…O 氫鍵，進一步證實電子傳遞之現象。Item 含銻及硫之過渡金屬 (鉻、鐵、銅) 團簇化合物的合成、轉換關係、化性、物性與理論計算之探討(2016) 孫子硯; Sun, Zih-YanSb‒Cr 系統 當含氫配子之四面體化合物 [HSb{Cr(CO)5}3]2‒ (1-H) 與 HBF4 進行反應，可形成不飽和平面三角形化合物 [Sb{Cr(CO)5}3]‒ (1)，並伴隨氫氣的產生。有趣的是，利用液態紫外/可見光光譜得知，化合物 1 具有溶劑化顯色特性。將 1 與親核試劑 KX (X = F, Cl, Br, I, OH)、MeLi、NaBH4 反應，可得一系列路易士加成物 [YSb{Cr(CO)5}3]2‒ (Y = F, 1-F; Cl, 1-Cl; Br, 1-Br; I, 1-I; OH, 1-OH; Me, 1-Me; H, 1-H)。此外，當 1 與有機金屬試劑 [HFe(CO)4]‒ 反應，則可得一 [Fe(CO)4]2‒ 片段取代之含氫配子四面體混合鉻鐵化合物 [HSb{Cr(CO)5}2{Fe(CO)4}]2‒ (2-H)。再者，當 2-H 進行去質子化反應時，可形成不飽和平面三角形化合物 [Sb{Cr(CO)5}2{Fe(CO)4}]‒ (2) 與雙 [Fe(CO)4]2‒ 片段橋接兩個 Sb 之混合鉻鐵產物 [HOSb2{Cr(CO)5}3{Fe(CO)4}2]‒ (3)。最後，藉由電化學、液態以及固態反射式紫外/可見光光譜與 X-ray 吸收近邊緣結構光譜 (XANES)，並搭配理論計算來探討此系列化合物之合成、氧化還原行為、光學性質與電子結構特性。 S‒Fe‒Cu 系統 利用 [SFe3(CO)9Cu2(MeCN)2] (1) 與含氮配子 4,4’-dipyridine (dpy)、1,2-bis(4-dipyridyl)ethane (bpea)、4,4’-trimethylenedipyridine (bpp) 進行溶劑輔助研磨 (liquid-assisted grinding, LAG) 反應，可計量形成一系列混合鐵銅羰基之新穎一維聚合物 [SFe3(CO)9Cu2(dpy)3]n (3) 和 [SFe3(CO)9Cu2(bpea)]n (4) 及二維聚合物 [SFe3(CO)9Cu2(MeCN)(dpy)1.5]n (2)、[SFe3(CO)9Cu2(bpea)2]n (5) 與 [SFe3(CO)9Cu2(bpp)2]n (6)。藉由固態反射式光譜可得知此系列聚合物其能隙範圍為 1.44‒1.80 eV，皆具有半導體性質。另外，此系列 S‒Fe‒Cu 聚合物之合成、轉換關係及 Cu 金屬氧化態則藉由 X 光粉末繞射儀 (PXRD)、高解析 X 光電子能譜 (XPS) 與 X 光吸收近邊緣結構光譜 (XANES) 進一步驗證。