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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    金屬有機骨架疏水修飾及二氧化碳捕捉應用研究
    (2023) 黃嘉貞; Huang, Chia-Chen
    金屬有機骨架(Metal Organic Framework, MOF) 是一種常見的功能性孔洞材料,因其製備方法簡單、官能基可設計性、可調節的孔徑且具有高比表面積等優點使其成為研究中常見的材料。由於其微孔尺寸窄且具有路易斯鹼性位點可以作為二氧化碳捕捉的優良固體吸附劑。本研究以簡單的矽烷偶合反應使親水性MOF具有疏水性,成功解決濕度敏感MOF的水穩定性問題。疏水修飾後MOF的水接觸角顯著提高,A520(Al) C1-S 128∘、MOF-303(Al) C1-S 136∘、MIL-101-NH2(Al) C1-S 133∘、MOF-74(Mg) C1-S 98∘。經過疏水修飾後的MOF仍然保持著二氧化碳吸能力,A520(Al) C1-S 2.4 mmol/g、MOF-303(Al) C1-S 4.4 mmol/g, MOF-74(Mg) C1-S 4.5 mmol/g、MIL-101-NH2(Al) C1-S 3.4 mmol/g。研究結果顯示,具有Al-OH結構的MOF是製備矽烷疏水修飾MOF的關鍵條件,透過形成Si-O-Al鍵結,在MOF表面建立疏水塗層,降低與二氧化碳競爭吸附的水氣吸附量。
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    奈米聚苯胺在二氧化碳捕獲上之研究
    (2012) 蕭介孟; Hsiao Chieh Meng
    本研究主要探討奈米結構的聚苯胺(nanostructured polyaniline)在二氧化碳捕獲(carbon dioxide capture)的應用,發現相較於其他已知的材料如聚乙烯亞胺polyethylenimine (PEI)、乙醇胺monoethanolamine (MEA)等,具有可降低因升溫脫附CO2所需的能量消耗,且容易合成、化學穩定性佳等優點。 研究中合成聚苯胺的方式主要分為三部份:(1) 化學方式合成奈米聚苯胺、(2)化學方式合成不同分子量的聚苯胺及(3)電化學方式將聚苯胺成長於碳布。並利用傅立葉轉換紅外線光譜儀(FTIR)以及穿透式電子顯微鏡儀(TEM),分析聚苯胺的特性與結構鑑定。另使用熱重分析儀(TGA)來量測聚苯胺在二氧化碳的吸附/脫附效率與穩定性的評估。其結果利用電化學方式合成所製備的聚苯胺線/碳布在1大氣壓、30OC吸附、70OC脫附的條件下具有較佳的二氧化碳捕獲效率,29.4 mg(CO2)/g(PANI)。 最後,再進一步探討在含水氣的情況下捕獲二氧化碳,發現因水氣的幫助其二氧化碳捕獲效率更提升至54.5 mg(CO2)/g(PANI)。經20次連續二氧化碳吸附/脫附後,仍幾乎保有第一次吸附/脫附二氧化碳的捕獲量的93.2%,顯示了此種吸附劑具有高度的循環再現性。
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    醇胺化合物捕捉二氧化碳研究:從理論方法到分子動力學模擬
    (2014) 黎學謙; Hsueh-Chien Li
    自人類經濟活動蓬勃發展,石化燃料的大量使用,導致二氧化碳的排放量大增,進而引發極端氣候。在國際上目前提出的 碳捕捉與碳封存。乙基醇胺(mono-ethanolamine)、二乙基醇胺(diethanolamine)、三乙基醇胺(triethanolamine)為目前商用的碳捕捉劑,主要用於火力發電廠所產生出的二氧化碳。這類捕捉劑與二氧化碳的反應機制目前仍然未知,過去的研究透過理論計算的方法提出可能的反應機制,然而不同的理論方法對於反應路徑的預測有不同,故在本論文的研究起始於理論方法的分析,進而利用分子動力學的模擬,來提出新的捕捉劑設計策略。 在理論方法的研究中提出了一個含有12對幾何優化過後的C1資料庫以測試15個密度泛涵理論方程。這15個密度泛涵理論方程已被發表改善電子交換項針對遠距離凡德瓦力。測試的標準是利用∆CCSD(T) 並經過方均根(RMS)統計後判定。在這個階段的研究中發現,ωB97 、ωB97X、ωB97XD 系列很適合計算涵有強凡德瓦力的氫鍵系統。BLYP-D 適合用在胺類化合物與二氧化碳吸附的組合。所以在之後的研究中使用BLYP-D來計算分子動力學反應。 過去設計捕捉劑的策略是藉由提高胺的級數,來增加其親核性。工業製程是藉由環氧乙烷通入氨氣合成乙基醇胺、二已基醇胺、和三乙基醇胺,並藉由反應條件的控制而調整溶液中化合物的比例。然而三級胺類對二氧化碳的吸附能力並未優於二級胺類,因此重新思考朝向增長碳鏈來作為設計方向。正丙醇胺(n-propanolamine)在計算結合能和電荷分析上,都明顯優於乙醇胺。為了解二氧化碳與捕捉劑在動力學上的影響,分別利用分子動力學模擬乙醇胺、丙醇胺20%和50%的無水混合二氧化碳溶液,連續模擬12萬步。模擬中發現正丙醇胺在徑向分配含數上明顯優於乙醇胺,其中發現溶液中氫鍵環境有顯著的影響。氫鍵環境越高的乙醇胺系統,會不利於捕捉劑對二氧化碳的吸附;而氫鍵數量較低的丙醇胺系統對二氧化碳的吸附有顯著的提升。 在本篇研究中探討ωB97泛涵方程適用於強凡德瓦力的氫鍵系統,BLYP-D可用於捕捉劑與二氧化碳反應的計算。分子動力學的研究探討新的分子設計策略的有效性,吸附能力的提升以及其氫鍵對於碳捕捉的影響。