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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    金奈米雙錐體/奈米棒之自組裝用於螢光增強研究
    (2023) 吳立中; Wu, Li-Chung
    金奈米材料的尖端因表面電漿共振(Localized Surface Plasmon Resonance, LSPR),在尖端處擁有較強之電場增強的有去特性。對由於金奈米顆粒表面的保護基可導致其親疏水性的改變,本研究利用不同的硫醇作為保護基修飾金奈米材,一方面控制其表面之親疏水性,另一方面可控制其懸浮於極性與非極性溶液的界面間,將金奈米材料在玻璃基板等平面上進行自組裝排列。利用掃描式電子顯微鏡觀察排列的情況,可以發現金奈米雙錐體的端點指向中心,排列成一類似寄木細工的圖樣(Yosegi patterns)。此一自組裝方法,成功的使金奈米雙錐體的端點相互靠近,並預期在金奈米材料端點對端點的間隙處,會有更強的近場電場增強。本研究中,以近紅外光螢光分子(near-infrared fluorescent dyes)的螢光增強作為研究的重點,選用Streptavidin-IR800作為螢光染劑,藉由金奈米顆粒的自組裝(self-assembly)技術排列出有序的金屬奈米薄膜圖樣,使其電場增強的性質能更加突出,相較於單純的有玻璃基板能夠有效的提升螢光的訊號強度1477倍。此一技術將使金奈米材料未來在光學及奈米生醫檢測方面有更多的應用與發展機會。
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    空間控制的三金屬奈米捕光器合成用於電漿增強的產氫反應
    (2020) 林祐霆; Lin, You-Ting
    氫是宇宙中含量最多的元素,同時也是能量密度最高且乾淨的能源,因此光催化產氫反應(HER)成為近年來熱門的研究議題,貴金屬奈米材料通常具有優異的催化活性,但高昂的成本限制了其發展,因此低成本、高活性的催化材料開發勢在必行。本實驗利用晶種成長法,以兩種不同的界面活性劑,溴化十六烷基三甲銨(CTAB)與檸檬酸鈉(Na3CA)合成晶種,控制生長條件合成出尺寸相近的金奈米棒(AuNRs)與金奈米雙三角錐(AuNBPs),再將金奈米棒與金奈米雙三角錐分散於氯化十六烷基三甲銨(CTAC)的環境下,加入硝酸銀(AgNO3)及弱還原劑抗壞血酸(AA),將銀離子還原在金奈米粒子表面,形成金/銀-核/殼結構,利用賈凡尼置換反應,將鉑與銀進行置換還原至金/銀-核/殼結構表面,合成出三金屬奈米補光器。以TEM圖型研究此奈米結構的變化與差異,吸收光譜的調控可以從可見光到近紅外光的範圍。透過能量色散X射線譜元素面分析確認元素分布情形,以及使用感應偶合電漿質譜儀(ICP-MS)進行元素定量分析。將這三金屬奈米補光器(0.0192毫克的鉑負載量)應用於光催化產氫反應,照光後過電位降低約0.045 V。證明我們的三金屬奈米補光器有優異的光催化活性。
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    具可調控空腔尺寸和表面電漿激發波長的搖鈴形金屬電漿子材料的合成
    (2019) 劉祐丞; Liu, You-Cheng
    搖鈴形奈米材料是金屬核-殼顆粒,其核和殼之間由導電的金銀合金相連。由於它們在空腔內具有非常高的電場增強,因此這些奈米粒子被認為是一類有前途的奈米粒子。以往的困境為實驗再現性和當中心金屬芯移動時造成軸對稱性的損失,進而導致奈米空腔尺寸和電場增強位置無法定義。我們的合成方法使中心金奈米棒牢固地固定在長方體框架中,形成軸對稱的奈米結構。我們經由穿透式電子顯微鏡(TEM)、掃描式電子顯微鏡(SEM)、場發射掃描穿透式球差修正電子顯微鏡的元素分析(STEM& EDS)和多功能原子力顯微鏡(AFM)定義搖鈴形奈米材料的結構。本文研究了具有不完全的金屬置換反應的穩定中間產物的消光光譜演化。透過添加不同量的Au3+離子,製備一系列從金/銀-核/殼奈米長方體到金奈米棒-金銀合金框架的搖鈴形奈米結構。可以觀察到樣品的懸浮液有明顯的顏色變化。縱向表面電漿共振波長涵蓋的位置從660到1000 nm。我們透過電磁模擬研究了光譜的變化,發現尺寸增大和空腔的形成對於光譜變化有著重要作用。
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    氧化還原置換合成三元金屬奈米材料與光催化的應用
    (2019) 溫洧正; Wen, Wei-Cheng
    以金奈米雙三角錐(Gold Nanobipyramids, AuNBPs)與金奈米棒(Gold Nanorod, AuNRs)兩種材料在Hexadecyltrimethylammonium chloride(CTAC)環境中將銀離子還原在表面,以至表面生長銀後形成棒狀及塊狀的金/銀-核/殼的結構,接著以銀做為媒介,利用氧化還原電位的差異,將金、鈀、鉑進行對銀的賈法尼置換(Galvanic replacement reaction),並研究各材料與各金屬之間置換後在構型上的差異及光譜上的變化。由於實驗所使用的三價金與四價鉑皆為高價數金屬,導致大量的銀被置換後只能換上少量的金及鉑,進而使其外部構型不甚堅固,因此實驗中我們利用Sodium oleate(NaOL) 先將三價的金先行還原成一價的金,再與二價的鉑一同進行不同價數的相同金屬對同一材料進行置換,讓等量的銀可以置換上較多的金及鉑,使其結構達到更加穩固之目的。最後嘗試將此種材料應用在光電催化實驗上,如產氫反應及二氧化碳還原反應。
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    雙界面活性劑系統之金奈米棒的合成與金奈米棒之表面修飾以及再生長銀
    (2018) 林士堯; Lin, Shih-Yao
    使用雙界面活性劑系統合成出不同大小以及長寬比的金奈米棒,探討每個條件對於尺寸的影響,尺寸對於金奈米棒的表面電漿共振現象有何種影響及表面修飾過後的奈米金棒在光譜及電子顯微鏡下會如何改變,並對其表面做官能基修飾或者在表面上沉積銀原子形成金-銀雙金屬結構。由於金奈米棒的各向異性導致其具有不均勻的電磁場強度分佈,金奈米棒的兩端對於訊號(如螢光、拉曼散射光)有明顯增強的效果,因此在兩端接上具有螢光放光的金奈米團簇預期會使螢光強度增強。實驗中,表面的官能基修飾選擇使用含有硫醇基的聚合物,方便之後修飾在金奈米棒的表面,聚合反應則是以N-羧酸酐聚合法,合成出直鏈聚合物。聚合物之末端帶有氨基,能透過EDC/NHS與帶有羧酸的分子進行交聯反應,使其固定在聚合物的末端,達到固定在金奈米棒表面的目的。表面修飾後的金奈米棒可選擇性的在兩端接上物質,探討兩端強電磁場對於物質的螢光訊號影響。此外,在金奈米棒上沉積銀原子形成金-銀雙金屬結構(Au/Ag-Core/Shell) (Au@Ag nanocuboids),探討其在光譜上的變化,之後透過Galvanic Replacement reaction使用CTAC-Au(III)溶液將銀殼表面部分置換成金殼,形成具有空腔之金棒-金殼結構(gold nanorattles),這樣的結構在空腔內也具有很強的電磁場分佈,期望能在空腔的部分載入螢光物質,預測會有更高的訊號增強。