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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    高鏡像選擇性銠(I)/掌性雙烯配體催化芳香基硼酸對反丁烯二酸酯進行不對稱1,4加成反應及其合成應用 -α2腎上腺素受體拮抗劑全合成 -氮-苄基-3-苯基吡咯啶的不對稱合成
    (2011) 鍾佑強; CHUNG YU-CHIANG
      利用天然物左旋醋酸冰片酯49合成高穩定性的掌性雙環[2.2.1]雙烯配體,並結合銠(I)催化芳香基硼酸對反丁烯二酸酯進行不對稱1,4-加成反應。在這個催化系統中,銠(I) (1mol% of Rh)催化量和掌性雙烯配體進行不對稱1,4-加成反應,產物具有高產率和高立體選擇性(高達>99.5% ee值)。並將其應用在合成掌性3-(2-甲氧基)苯基吡咯啶(α2 -腎上腺素受體拮抗劑)和合成掌性氮-苄基-3-苯基吡咯啶。
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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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    掌性銠金屬雙烯錯合物催化不對稱加成反應
    (2018) 張瓊安; Chang, Chiung-An
    本論文探討銠金屬與掌性雙環[2.2.1]雙烯配基形成之催化劑催化不對稱加成反應。內容分成下列兩部分。 一、 一價銠金屬/掌性雙環[2.2.1]雙烯配基催化烯醇醚基三氟硼酸鉀鹽試劑對α,β-不飽和羰基化合物進行不對稱1,4-加成反應 利用一價銠金屬以及掌性雙環[2.2.1]雙烯配基L1及L6形成之催化劑催化烯醇醚基三氟硼酸鉀鹽試劑2對環狀及鏈狀之α,β-不飽和羰基化合物1進行不對稱1,4-加成反應,可得到最高>99%之產率(13–>99%)及>99.5%之鏡像選擇性(44–>99.5% ee)的加成產物3。加成產物3ha可經由水解反應得到具有掌性中心之1,5-雙羰基結構23a,改善傳統由醛進行麥可加成反應(Michael addition)時會遇到加成產物為外消旋混合物;以及易有醛醇反應(aldol reaction)副反應發生之缺點。 二、 銠金屬(I)/掌性雙環[2.2.1]雙烯配基催化芳基硼酸試劑對α-酮酯化合物進行不對稱1,2-加成反應:(S)-Flutriafol的合成 利用一價銠金屬以及掌性雙環[2.2.1]雙烯配基L6形成之催化劑催化芳基硼酸試劑10對α-酮酯化合物76進行不對稱1,2-加成反應。僅需使用0.5 mol %之低催化量的一價銠金屬催化劑,即可得到最高達99%之鏡像選擇性(90–99% ee)及最高>99%之產率(2–>99%)的加成產物78,並成功建立具有掌性四級碳中心之α-羥基酯結構。此研究提供一個更快速、更簡單且產率更高的(S)-Flutriafol ((S)-90)新合成方法。
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    金屬(Rh, Ni)附載於不同載體(CeO2, BZDy)對乙醇氧化蒸氣重組反應影響
    (2016) 林新茹; Lin, Shin-Ru
    本篇論文利用銠(10 wt% Rh)及鎳(30 wt% Ni)金屬分別附載於具有氧空缺之氧化鈰(CeO2)及具有親水性之鋯酸鋇摻雜鏑(Dy-doped BaZrO3, BZDy),於300℃環境下進行乙醇氧化蒸氣重組反應,探討氧氣量多寡以及乙醇及水比例不同對催化劑之影響。實驗以PVP法及含浸法合成顆粒狀及粉末狀催化劑,進行物化性質鑑定以及催化反應活性。催化劑之晶相以及確認金屬存在、含量鑑定、還原性質、表面物種組成分別利用X光粉末繞射儀(XRD)、能量散射光譜(EDX)、程序升溫還原反應(TPR)、X光光電子能譜儀(XPS)鑑定以及利用原位漫反射紅外線傅立葉轉換光譜(in situ DRIFTS)推測反應路徑及中間產物。在實驗結果中,隨著氧氣量以及乙醇及水比例增加,提升乙醇轉換效率,乙醛選擇率下降並有助於氫氣生成,在過高氧氣條件下促進二氧化碳生成以及氫氣減少形成水。從四個催化劑(Rh,Ni)/(CeO2,BZDy)可以發現,銠及鎳金屬皆具有斷乙醇C-C鍵之特性並生成氫氣、甲烷、一氧化碳、二氧化碳。除此之外,鎳金屬可以斷來自水的OH鍵促使氫氣產率提升,並具有含碳溶解性,因此生成之碳氫產物與氫氣反應生成甲烷,具有較高之甲烷選擇率。以具有親氧性之氧化鈰以及親水性之鋯酸鋇摻雜鏑為載體之催化劑在高氧化境下皆具有高氫氣產率。最後,鎳金屬催化劑在乙醇比水1:7時,C/O ratio為0.8之條件下,有最好的氫氣產率140%。