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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    鎳有機金屬骨架薄膜之長晶機制並應用於染料敏化太陽能電池之電觸媒
    (2023) 邱伯特; Qiu, Bo-Te
    藉由原位配基合成的方法,以6,6’-二硫二菸酸(H2dtdn)作為初始物形成mdn配基,成功合成一種結構為[Ni(mdn)(H2O)2]n的鎳有機金屬骨架材料(MOF)。利用2-巰基-3-吡啶甲酸所形成的自組裝單層,可使[Ni(mdn)(H2O)2]n薄膜生長在不同的導電基材上,例如FTO導電玻璃、碳布、發泡鎳。MOF薄膜由基材底部開始生長的反應機制可分為以下的幾個步驟:(1) 2-巰基-3-吡啶甲酸錨定在基材上;(2) 在2-巰基-3-吡啶甲酸上的硫醇基和質子裂解後,分別形成3-吡啶羧酸根自由基和去質子的2-巰基菸酸根;(3) 從2-巰基-3-吡啶甲酸得到的3-吡啶羧酸根自由基會與從6,6’-二硫二菸酸得到的去質子6-巰基菸酸根形成碳-硫鍵結;從2-巰基-3-吡啶甲酸得到的去質子2-巰基菸酸根與從6,6’-二硫二菸酸得到的3-吡啶羧酸根自由基形成碳-硫鍵結;(4) 兩種鍵結都會形成6-(3-carboxylatopyridin-2-ylthio)nicotinate作為錨定基團;(5) 鎳離子(II)會與基材上的錨定基團配位;(6) mdn與鎳離子(II)的配位不斷延伸而形成[Ni(mdn)(H2O)2]n。當上述[Ni(mdn)(H2O)2]n@CC及[Ni(mdn)(H2O)2]n@NF作為染料敏化太陽能電池(DSSCs)的對電極時,MOF薄膜對於I3–還原的催化活性越高,染敏電池的光電轉換效率就會越好。通過調整反應時間進而調整薄膜的粗糙度、厚度以及中孔率可獲得最優化的[Ni(mdn)(H2O)2]n@CC (標示為D12h@CC)。有鑑於發泡鎳在MOF生長過程中會伴隨蝕刻反應,調整了薄膜的粗糙度、厚度以及附著力可獲得最佳的[Ni(mdn)(H2O)2]n@NF (標示為D06h@NF)。在染敏太陽能電池的測量上,D12h@CC與D06@NF 分別在一個太陽光下達到了9.30%與8.42%的效率。這些電極表現出的電化學性能比稀貴的白金碳布電極(9.36%)與白金發泡鎳電極(8.78%)來說更有競爭力。而在昏暗的低照度下,由D12h@CC組裝的染敏電池在6000流明達到10.80%,以及在3000流明達到15.52%的效率,顯示此材料對於染敏電池加入互聯網元件有良好的潛力。
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    銅摻雜之鈷有機金屬骨架應用於染料敏化太陽能電池對電極
    (2022) 賴君瑋; Lai, Chun-Wei
    多孔隙雙金屬銅/鈷有機金屬骨架(Cu/Co-MOF)薄膜主要由銅摻雜的Co-MOF (Co2(6-mercaptonicotinate)2, CUK-2)與少量的鈷摻雜Cu-MOF ([Cu2(6-mercaptonicotinic acid)(6-mercaptonicotinate)]·NH4)組成,藉由下列六步驟的長晶機制鍵結在導電基材上:(i)錨定一層6-mercaptonicotinate (6-MNA)修飾層至基材;(ii) 硫醇基去質子化;(iii) 形成金屬−硫鍵;(iv) 6,6'-dithiodinicotinic acid (H2dtdn)釋出去質子化6-MNA;(v) 形成金屬-硫、金屬-氮或金屬-氧鍵;(vi) MOF晶體結構的展延。透過此方法可在沒有其他干擾物(包含客體分子、黏合劑或MOF衍生物)的情況下,量測MOF材料自身的本質電催化特性。使用碳布作為導電基材時,碳布中的碳纖維可作為一維導電核心,包覆其上的雙金屬Cu/Co-MOF薄膜可作為電催化外殼,可建立核/殼結構的階層式電荷傳輸路徑。雙金屬Cu/Co-MOF薄膜同時具備了由Co-MOF所提供的高孔隙度,也擁有Cu-MOF所提供的高導電度,此協同效應使雙金屬Cu/Co-MOF擁有較佳的本質電催化特性。在三維結構的Co-MOF中含有大量的一維彈簧狀(−Co−S−)n鏈作為活性位點,而二維Cu-MOF中含有許多二維蜂巢狀(−Cu−S−)n平面作為快速電子傳導路徑。因此,使用最佳雙金屬Cu/Co-MOF(9.96%)作為對電極之染敏電池相較於純Co-MOF(9.93%)、純Cu-MOF(9.36%)、白金(9.25%)之電池有更突出表現。在三種氧化−還原對(I−/I3−、Co(II/III)和Cu(I/II)錯合物)中可觀察到雙金屬Cu/Co-MOF出色的電催化劑活性,揭示了非導電、導電或雙金屬MOF應用於各種電化學系統的無限潛力。
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    空氣穩定鈣鈦礦電觸媒應用於染料敏化太陽能電池對電極
    (2021) 鐘仁駿; Zhong, Ren-Jun
    本研究論文旨在通過使用易於製造的染料敏化太陽能電池作為合適的量測平台來評估空 氣穩定的電化學耐用鈣鈦礦材料。在第三章通過使用於透明層的商用 Ti-Nanooxide 塗料並且 優化光散色層的二氧化鈦塗料,來建立一個穩定、可靠、低成本且易於製造的染料敏化太陽 能電池。在不使用高溫高壓設備合成二氧化鈦奈米和微米顆粒的情況下,通過添加重量比為 50 %的二氧化鈦固體製備均勻可靠的光散射二氧化鈦塗料,該塗料由 Ti-Nanoxide/ST-41(重 量比為 2/1)和聚乙二醇(PEG,相對於 ST-41 的重量比為 25%)溶於第三丁醇/去離子水(體 積比為 9/1)的混合溶劑中。獲得高達 8.47%的電池性能並具有良好的重現性和可靠性,可用 於進一步研究鈣鈦礦電極的電催化性能。 在第四章中通過使用 100%的甲脒作為 A 位分子,摻雜 10%的碘化鍺(II)於B 位元素穩定劑並添加四烷基鹵化銨作為表面鈍化劑,成功製造出結構為發泡鎳基板/二氧化鈦/甲脒碘 化鉛鍺(NF/TiO2/FA(Pb1-xGex)I3)的空氣穩定和電化學耐用的鈣鈦礦電極。所有被不同四烷基鹵 化銨鈍化的 FA(Pb1-xGex)I3 鈣鈦礦薄膜均表現出良好的 α-FAPbI3 結晶並保持良好的熱力學穩 定性,在空氣中至少四個月沒有任何晶體分解或衰變。當表面鈍化劑的四烷基銨陽離子中烷 基取代基的長度從乙基(C2)逐漸延長至十二烷基(C12)時,我們發現四正己基銨(THA)碘化物 可提供最佳的電池性能。在 FA(Pb1-xGex)I3表面添加溴化物(THA-Br)可形成少量 FAPbBr3作為 額外的活性位點來增益 I–/I3–的氧化還原反應,然而當表面添加氯化物(THA-Cl)時,THA-Cl 的團聚使得表面鈍化效果低下以及覆蓋了電活性位點,導致 FA(Pb1-xGex)I3的電催化能力下降。 最佳的 NF/TiO2/FA(Pb1-xGex)I3/THA-Br0.5I0.5 電極對多種氧化還原介質(I–/I3–, CoII/III-phen 和CuI/II-dmp)均表現出良好的電化學耐用性和電催化能力。優化後的NF/TiO2/FA(Pb1-xGex)I3/ THA-Br0.5I0.5對電極可使其染料敏化太陽能電池在 I–/I3–系統中達到 8.50% (1 個太陽光),而在1 klux (飛利浦 T5 燈)下可達到 22%,且均具有良好的重現性,相較於傳統的白金對電極 (9.78%),可達其效能的 87%,顯示出空氣穩定之鈣鈦礦電極在各種電化學系統中具有無限的 應用潛力。