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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    易製備之鋯金屬有機骨架複合粒狀孔洞材料在揮發性有機化合物之移除研究
    (2021) 高碩亨; Kao, Shuo-Heng
    金屬有機骨架(Metal-Organic Framework, MOF)是去除工業排放之揮發性有機化合物(Volatile Organic Compounds, VOC)的良好吸附材料。本論文研究合成6種易製備、結構穩定且吸附能力高之Zr-MOF(UiO-66、UiO-66-NH2、UiO-66-NO2、Zr-FUM、UiO-66-NDC、MOF-808),並於Zr-MOF中摻入PVA進行Zr-MOF@PVA粒狀物之製備,然後針對5種常見之VOC(Acetone、IPA、Formaldehyde、Toluene、Acetic acid)進行靜態飽和吸附實驗並對Toluene進行動態吸附實驗。在靜態實驗中發現,其吸附量與材料之表面積及結構上裸露的官能基有很大的關聯,在吸附Acetone、IPA、Formaldehyde等極性的VOC時,帶有極性-NH2官能基的UiO-66-NH2雖然其表面積較低,但吸附量卻有顯著的提升。在吸附非極性的Toluene時,結構中含有較多缺陷及表面積較高之UiO-66和MOF-808,有著較高的吸附能力。動態吸附則以UiO-66@PVA對Toluene的吸附能力進行測試,從實驗所得之突破曲線計算出其動態的吸附能力為314.45 (mg/g),並比較了三種吸附動力學,發現UiO-66@PVA對吸附Toluene是屬於擬二級模型。本研究成果顯示,Zr-MOF在VOC吸附移除上展示出優異的吸附量以及吸附率,吸附作用的主因來自Zr-MOF本身具有的高孔洞性和豐富的官能基團。
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    兩性離子共聚物的合成以及作為混凝土化學摻料的可行性評估
    (2005) 江福泰
    強塑劑對高性能混凝土工作性有相當大的影響。本研究合成二種共聚物PDA和PAMD作為混凝土的分散劑。首先利用馬來酸酐和N,N-二甲基-1,3-丙二胺合成CDPA,再和氯醋酸鈉反應得到DAE,再和丙烯醯胺依不同比例行自由基聚合得到PDA。接著由2-丙烯醯胺-2-甲基丙烷磺酸( AMPSA )、甲基丙烯酸( MAA )與改質單體DAE依不同比例行自由基聚合得到PAMD。以FT-IR與1H-NMR鑑定合成之DAE、PDA和PAMD結構;利用GPC測定共聚物的分子量,電位滴定儀測定共聚物中單體比例。 探討PDA、PAMD的單體比例、分子量對水泥漿的流動性與混凝土的工作性的影響,結果並與商用之磺酸系HPC-1000及羧酸系HP 100進行比較。研究結果顯示, 添加PDA( DAE :AAM = 1 : 5, Mw= 5.3 × 104 )的水泥漿體具有最佳之初始迷你坍度與坍度維持性,飽和劑量為0.8wt%。添加PAMD( AMPSA : MAA : DAE = 3 : 5 : 1, Mw= 4.9 × 104 )的水泥漿體具有最佳之初始迷你坍度與坍度維持性,飽和劑量為0.2%。
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    甲酸與乙酸在Ge(100)表面的吸附與熱分解反應
    (2012) 郝婷; Hao, Ting
      我們利用程溫脫附質譜(TPD)及X光光電子能譜(XPS)研究甲酸(HCOOH)及乙酸(CH3COOH)在鍺(100)表面的吸附及熱分解反應。   在105K時,曝露甲酸於鍺(100)表面,會同時產生未分解的甲酸分子、和斷氧氫鍵分解的甲酸鹽(單螯結構, monodentate)吸附於表面;依照曝露量多寡,在275K未分解的甲酸會脫附或分解,部份分解的甲酸鹽會再轉換成另一種最穩定的吸附態結構(雙螯結構, bidentate);當溫度升至470K時表面進行兩個競爭反應,為分解的甲酸鹽脫附或轉換成雙螯吸附態;約525K雙螯吸附態也開始脫附或生成CO2離去。因此甲酸在鍺(100)表面熱分解的產物為HCOOH、CO2和H2。   為了更近一步了解當碳鏈變長對羧酸分子吸附於鍺(100)表面機制的影響,進而去探討乙酸分子的熱分解過程,並與甲酸比較。發現兩者在鍺(100)表面的熱分解反應機制與溫度相似,但乙酸的熱分解產物只有CH3COOH本身的再結合脫附。此篇論文是針對上述化合物在鍺(100)表面的反應機制加以探討。
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    理論計算探討乙醇於Rh/γ-Al2O3(110)表面上之吸附結構與脫氫的反應機構
    (2007) 賴盈任; Ying-Ren Lai
    利用periodic DFT的計算方法, 我們探討乙醇於Rh/γ-Al2O3(110)表面之吸附結構與分解路徑。相較於乙醇吸附於Rh上的結果,乙醇吸附於表面的鋁離子上具有較好的吸附能,然而此酸性性質的γ-Al2O3載體會幫助乙醇脫水形成乙烯,因此我們考慮了其他的吸附結構來探討乙醇的分解路徑。由乙醇以α碳端吸附於Rh原子上的結構作為起始架構,相繼的反應路徑為脫附兩個α氫原子;能障分別為2.59與7.35 kcal/mol。下一步驟的脫氫反應是脫附O-H之氫形成中間產物CH3C(a)O + 3H(a),所需克服的能障為10.13 kcal/mol,由此中間產物斷去C-C鍵,所需克服的能障為12.06 kcal/mol,形成C(a)H3 + C(a)O + 3H(a)等中間產物吸附於表面,於此所計算的乙醇分解路徑,在實驗上有類似的觀察結果。
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    烷基碘在Pt(111)表面上的吸附行為及熱分解反應
    (2006) 吳凱煜
    在超高真空下,探討烷基碘( alkyl iodide,R-I )化合物在Pt(111)表面的吸附及熱分解反應。以程溫脫附法( temperature-programmed desorption,TPD )偵測脫附產物。並以同步輻射光為光源的X-ray光電子能譜( X-ray photoelectron spectroscopy,XPS )分析升溫過程中吸附物的化學組態變化。綜合TPD與XPS的數據,提出烷基碘在鉑表面的反應及分解機制。 低覆蓋率的條件下,所有化學吸附的烷基碘分子在低於200K的溫度會分解成烷基與碘原子,烷基會進行脫氫反應,氫原子結合以分子形式脫附,留下殘碳於表面。在較高的覆蓋率之下,隨著溫度逐步升高,物理吸附的烷基碘會先脫附出來,接著化學吸附的烷基碘則是斷裂C-I鍵,生成烷基與碘原子,烷基除了與氫原子鍵結,還原生成烷類脫附;具有β-H的烷基會以β-hydride elimination生成烯類,以di-σ bonding的方式鍵結在表面,有一部分烯類脫附離開表面。在更高的溫度下,烯類會再進行脫氫反應,一連串的去氫反應後,氫原子在400~500K結合產生氫分子脫附,最後留下殘碳於表面。 比較不同級數烷基的反應結果,得知三級與二級烷基因為立體障礙的因素,氫原子較不易與烷基鍵結,所以烯類與烷類的比例相差較大。
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    氯化氫與氯氣在Ge(100)表面的吸附與熱分解反應
    (2013) 鄭羽軒
    我們利用程溫脫附質譜(TPD)及X光光電子能譜(XPS)研究氯化氫(HCl)及氯氣(Cl2)在鍺(100)表面的吸附及熱分解反應。 於105 K,曝露氯化氫於鍺表面,最初只出現分解吸附(Ge-H、Ge-Cl);當曝露量增大,伴隨有未分解吸附,依照曝露量多寡,在275 K未分解的氯化氫會分解並持續以分解吸附的型態吸附於表面;當溫度升至675 K時較弱的Ge-H鍵先斷,經由再結合形成H2、HCl脫附,而殘餘分解吸附的Cl則於700 K時Ge-Cl鍵斷裂,形成GeCl2脫附。因此氯化氫在鍺(100)表面熱分解的產物為H2、HCl、GeCl2。 為了更進一步了解氯在鍺(100)表面吸附的情形,將HCl的H置換成Cl,探討分子組成均為氯在鍺表面的吸附情形,並與氯化氫比較。發現兩者在鍺(100)表面於曝露量大時,均有未分解吸附的吸附態,但結構不同,氯氣之分子吸附態於225 K開始形成GeCl4脫附。兩者相似的是,室溫後均為分解吸附情形,故有相似的反應路徑,不同的是氯氣均為Ge-Cl吸附情形,無H存在,故於700 K時Ge-Cl鍵斷裂,形成GeCl2及微量Cl2脫附。因此氯氣在鍺(100)表面熱分解的產物為GeCl4、GeCl2、Cl2。
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    新型具側鏈羧酸系強塑劑的合成與對水泥漿流動性的影響
    (2004) 蔡雨萍; Tsai Yu-Ping
    強塑劑是促進混凝土有良好工作性的關鍵組成。本研究利用聚乙二醇(PEG)、馬來酸酐(MA)合成具側鏈之改質單體(PM),並藉由PEG分子量及PEG/MA莫耳比例之改變,得到不同鏈長與不同結構的改質單體。接著由2-丙烯醯胺-2-甲基丙烷磺酸(AMPSA)、甲基丙烯酸(MAA)與改質單體依不同比例行自由基聚合,反應以過硫酸銨為起始劑及2-甲基丙烯磺酸鈉為鏈轉移劑,利用鏈轉移劑濃度之改變得到一系列不同分子量之新型具側鏈羧酸系強塑劑(PAMP)。以FT-IR、1H-NMR與13C-NMR鑑定合成之改質單體及PAMP結構;GPC測PAMP之分子量;EA測PAMP之C、H、N、S含量比例。 強塑劑對水泥漿與混凝土工作性之研究分別以PAMP單體比例、分子量、側鏈長度與側鏈結構為變因分別進行探討,以強塑劑對水泥漿體顆粒之吸附行為實驗來解釋之,並與商用之羧酸系HP-100及磺酸系HPC1000進行比較。研究結果顯示,PAMP在AMPSA/MAA/PM = 2/3/0.5的比例下,具有最佳之分散效果與坍度維持性,飽和劑量為0.5wt%;最適重量平均分子量為M(—)w=5.0~8.0×104;吸附實驗結果顯示當PAMP之初始吸附量少,達吸附平衡時間長,有最佳之漿體流動促進性;研究並證實PAMP藉由改質單體側鏈長度與結構的調整,有助於提升水泥漿體之坍度維持。