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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    第一原理模擬在材料開發的應用:(I) 錫碘化物鈣鈦礦的介電性質分析,(II) 銅單原子催化劑在鈀表面上的動力學分析,以及 (III) 電場於顯式溶劑之電化學模擬
    (2023) 廖振成; Liao, Chen-Cheng
    在材料科學與凝態物理領域不斷演進中,第一原理模擬已經在方法上具有非常重要的地位。這些模擬由量子力學出發,不依靠經驗參數,為我們提供了在微觀尺度上研究材料原子組成和電子性質的方式。第一原理模擬不僅提供了實驗上無法觀測到的微觀現象,也在於它們具有普遍地提供預測能力。隨著人工智慧(AI)的出現,AI驅動的算法與基於第一原理的模擬之間的協同作用已帶來了加速材料發現和設計的新時代。這種融合不僅有助於了解複雜現象,並有助於促進新一代設備的設計。基於第一原理的模擬和AI的緊密結合不僅是互補的;它正在革命性地改變我們在21世紀如何接近、理解和利用材料的潛力。第一部分 (I) 錫碘化物鈣鈦礦的介電性質分析 錫基鈣鈦礦是一種非常有潛力的材料,用以取代傳統具有毒性的鹵化鉛鈣鈦礦,但其不穩定性限制了其發光性能。然而,二維的錫基鈣鈦礦能夠提升激子束縛能進而提升光致發光量子產率(PLQY)。除此之外,二維錫基鈣鈦礦中的有機層與無機層之介電常數差異亦會影響機子束縛能。本篇將透過密度泛函理論探討以下二維錫基鈣鈦礦:(TEA)2SnI4, (PEA)2SnI4, (p-FPEA)2SnI4, (p-ClPEA)2SnI4 以及(p-BrPEA)2SnI4之介電常數,並探討其與PLQY之關係。其結果顯示改變陽離子組成,並不會大幅地影響陽離子層之介電常數,反而會誘導陰離子層的介電常數產生變化。 第二部分 (II) 電場於顯式溶劑之電化學模擬 本研究系統性評估了對Cu(111)表面上電化學CO二聚化的顯式溶劑模型。在存在吸附物和銅表面的情況下,對溶劑的組成在室溫下進行了分子動力學採樣。本研究通過考慮引入外加平板電場,對CO二聚化反應路徑上的能量和功函數進行探討。我們觀察到,即使在引入外加電場的情況下,使用定電位修正,CO二聚化過程的活化能和反應能仍然保持相近的數值,分別約為0.95電子伏特和0.35電子伏特。這一發現在顯式溶劑模擬下,再次確認了CO二聚化主要是一個由熱驅動的過程。此外,引入外加電場範圍從+0.2 V/Å到-0.2 V/Å,在pH = 7條件下,導致有效的電化學電位相對於標準氫電極從+1.766 V變化到-0.565 V。第三部分 (III) 銅單原子催化劑在鈀表面上的動力學分析 本研究焦點是通過在Pd(111)表面上之單原子銅催化劑進行電化學CO和CHO耦合過程,探討C-C鍵形成進行計算。我們發現了過程中穩定的中間體,即[CuO2](CO)2,在暴露於CO氣體分子時被視為一種四牙和四面體的中間產物。在本篇電化學計算中,將CO團氫化為CHO的能量需求為0.87電子伏特,其低於常規Cu表面相應步驟的能量。本研究觀察到從頂層Pd原子到吸附物分子的電荷轉移效應,尤其是在過渡態處。這一現象導致了0.67電子伏特的C-C鍵形成能障。此外,C-C鍵形成的為放熱反應,為-0.21電子伏特,代表了利於生成C-C鍵的化學平衡條件。最後,由動力學建模分析討論氣體分子(CO、CO2、O2)的溫度和壓力影響,我們發現[CuO2]*(CO)2中間體在室溫下大量存在,並在乾燥的環境條件下表現出很好的化學耐受性。