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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    異相催化劑反應之理論計算研究: 乙醇重組反應與Fischer-Tropsch合成反應
    (2014) 徐慈瑛; Cih-Ying Syu
    乙醇蒸氣重組被視為一種產氫的重要反應。在本篇論文第三章中,我們利用理論計算探討貨幣金屬(Cu、Ag、Au)在進行乙醇蒸氣重組反應中的強氧化性與高乙醛選擇率的反應路徑研究。從計算的能量發現,貨幣金屬傾向選擇活化能障較低且放熱較多的部分氧化路徑。利用電子結構分析,發現d軌域被填滿的貨幣金屬能有效率地將電子傳遞至O和OH,使O和OH的p軌域提升,降低氧化反應步驟的能障。在本篇論文第四章中,我們探討Rh金屬的蒸氣重組反應機構以及氧在反應中所扮演的角色。從反應機構的計算發現,CH3CHO*和CH2CH2O*為關鍵的中間產物,中間物反應生成CO(g)、 CO2(g)的氧化步驟能障高,被視為速度決定步驟。氧扮演旁觀者所造成的adsorbate effect,可以降低速度決定步驟的活化能。在動力學上的分析也獲得與實驗上一致的結果。因此,我們合理推測:Rh-based催化劑的可藉由合適的添加物,提高載氧能力,作為乙醇重組反應催化劑時可獲得更好的效能。 本篇論文的第五章是探討Fischer-Tropsch合成反應(以下簡稱F-T合成反應),在Ru(0001)和Co(0001)表面,計算CO的活化反應、CHx(x=1~3)的氫化反應、C-C單體結合反應及C-H鍵結/解離終止反應等機構的探討,找出Ru和Co催化反應機構的差異,並添加1A金屬Na於Co表面,探討Na對吸附物的影響,進一步提出Co催化劑的改良辦法。從計算結果顯示,不論在Ru(0001)還是Co(0001)表面,CO 並不會氫化生成COH,反而傾向直接解離或是生成中間物CHxO再解離C-O鍵。CHx (x = 0~3)的選擇性,在Ru(0001)以CH 佔大多數,在Co(0001)表面則是CH和CH3。在Ru(0001)表面C-C 單體結合反應,傾向以CH2 + CH2 的方式進行。而在Co(0001)表面則可能以CH2 + CH2、CH + CH或CH+CHO的方式進行。從終止反應的探討發現,不論是CHx還是C2Hy的氫化終止反應,Co表面皆為動力學與熱力學上穩定的。最後,添加Na金屬於Co可以使含氧化物的吸附能提升,穩定CO、HCO、HCHO等吸附物,降低C-O解離的能障。另外,添加Na並不會增強CHx(x=1-3)的吸附,可以保留Co表面上C-C鍵結速率較快的優勢。綜合上述結果,合理推測:添加對氧吸附能力大於碳的金屬,或是將Co金屬吸附於擁有氧空缺的氧化物支撐物上,能有效提升Co催化劑對高碳數產物的選擇率及減少含氧化物的產生。
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    異相催化反應之理論計算研究: 甲醇-d4分解反應與Fischer-Tropsch合成反應
    (2015) 陳惠榆; Chen, Hui-Yu
    本論文包含兩個異相催化反應之理論計算研究:甲醇-d4在Rh催化劑分解反應及Fischer-Tropsch(F-T)合成反應。在第一個主題中,我們計算甲醇-d4在Rh(100)、放大的Rh(100)e及球狀Rh38表面,脫氫產生CO及D2分子的反應路徑,與表面大小的相關性,且與真空實驗系統做比對。由計算結果得知,在小的表面Rh38,甲醇-d4斷O-D鍵的活化能降低,使甲醇-d4容易分解,其結果與實驗觀察一致。此外,我們計算Rh表面及團簇上CO數目對吸附能的影響。CO吸附行為在平坦Rh(100)及球狀Rh38兩種表面差異甚大,在平坦的Rh(100)及Rh(100)e表面,CO分子垂直吸附於表面,然而,在球狀Rh38表面,CO分子吸附為輻射狀,此吸附結構會造成CO在球狀Rh38表面分子間作用力較小;因此,隨著CO覆蓋率上升,在Rh38表面吸附能下降幅度較Rh(100)表面為平緩。 在第二個部分中,我們探討Fischer-Tropsch (F-T) 合成反應在Ru(0001)和Co(0001)表面的反應機構。根據計算結果可知,不論在Ru(0001)還是Co(0001)表面,CO傾向生成中間物CHO;在Co(0001)表面,CHO會繼續氫化生成CH2O及CH3O,但在Ru(0001)表面則是傾向斷C-O鍵。此兩表面路徑差異,對應在Co催化劑上有高的CH4選擇率,而在Ru催化劑則是生成含碳長鏈產物。因此,我們利用物理方法:改變表面粗糙度,及化學方法:表面加入promoter,增加Co催化劑活性作為改善。在物理方法中,我們計算波浪狀(11-20)及(1-100)表面,發現CO斷鍵在此兩表面更為容易,減少CH4選擇率。在化學方法中,探討加入Na及K金屬的Co(0001)表面,由計算結果得知,Na及K提升CHO的C-O斷鍵能力,大於氫化能力,增加F-T合成反應活性。