化學系
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國立臺灣師範大學化學系座落於公館校區理學院大樓。本系成立於民國五十一年，最初僅設大學部。之後於民國六十三年、七十八年陸續成立化學研究所碩士班和博士班。本系教育目標旨在培養化學專業人才與中等學校自然及化學專業師資，授課著重理論及應用性。本系所現有師資為專任教授25人，另外尚有與中央研究院合聘教授3位，在分析、有機、無機及物理化學四個學門的基礎上發展跨領域之教學研究合作計畫。此外，本系另有助教13位，職技員工1位，協助處理一般學生實驗及行政事務。學生方面，大學部現實際共322人，碩士班現實際就學研究生共174人，博士班現實際就學共55人。
本系一向秉持著教學與研究並重，近年來為配合許多研究計畫的需求，研究設備亦不斷的更新。本系所的研究計畫大部分來自國科會的經費補助。此外，本系提供研究生獎助學金，研究生可支領助教獎學金（TA）、研究獎學金（RA）和部分的個別教授所提供的博士班學生獎學金（fellowships）。成績優良的大學部學生也可以申請獎學金。
本校圖書館藏書豐富，除了本部圖書館外，分部理學院圖書館西文藏書現有13萬餘冊，西文期刊合訂本有911餘種期刊，將近約3萬冊。此外，西文現期期刊約450種，涵蓋化學、生化、生物科技、材料及其他科學類等領域。目前本系各研究室連接校園網路，將館藏查詢、圖書流通、期刊目錄轉載等功能，納入圖書館資訊系統中，並提供多種光碟資料庫之檢索及線上資料庫如Science Citation Index，Chemical Citation Index，Chemical Abstracts，Beilstein，MDL資料庫與STICNET全國科技資訊網路之查詢。
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Item 蜂窩狀整體式催化劑 Cordierite@MOFs 應用於二氧化碳環加成反應研究(2022) 廖智弘; Liao, Chin-Hung本論文旨在將金屬有機骨架材料塗布於蜂窩狀堇青石之催化劑載體，藉此製備整體式異相催化劑，應用於二氧化碳之環加成反應; 以整體式催化劑之形式相比於粉末型態催化劑，擁有提升催化劑在反 應後續處理之回收性及可重複利用性。本研究嘗試數種金屬有機骨架粉末，ZIF-67、PCN-222、PCN- 333(Al, Fe, Cr)、MIL-101 (Cr)、Al-TCPP、Al-TzDB、Al-TzDB-ZnPP 等，應用於 300 psi 的二氧化碳環加成反應。篩選出經由環加成反應 後，仍保有結晶性之 ZIF-67 及 Al-TCPP;並將兩者塗布於蜂窩狀堇 青石，後續成功合成出 Cordierite@ZIF-67 之金屬有機骨架複合材料， 將其用於二氧化碳還加成反應中。由實驗結果得知，相比於純 ZIF-67 粉末，Cordierite@ZIF-67 擁有較佳的轉化率(45 % v.s. 70 %) 及 TOF 值( 7 h-1 v.s. 90 h-1 )。且在環氧化物衍生物的催化中，也具有高度之催 化活性，擁有較高的轉換率(65 % - 89 %)。後續，將催化劑應用於 重複性測試中，在十次的循環催化實驗，平均轉換率仍保有 56 %。尤 其，此催化劑在後續回收上，並不需要複雜的分離動作，只需藉由簡 單溶劑清洗及乾燥，即可將其回收，可見其在工業領域中的發展潛力。Item 以理論計算方法探討CO在Cu(711)表面上的電化學還原(2019) 辜敏韶; KU, Min-Shao在現今社會中，使用銅做為電催化電極是現今將二氧化碳電還原成許多有用的燃料的其中一項主要方法。透過製備不同的銅電極材料表面來區分各種催化途徑成為CO2電還原化學最關注的主題之一；而催化體系設計的成功與否，取決於是否提高還原CO2的選擇性。利用理論計算，我們研究Cu(711)表面，以了解早期實驗觀察所顯示的C-C耦合的有趣選擇性。通過分析沿著CO2還原機理的各種關鍵中間體的電子結構，可以為設計用於Cn（n≥2）烴合成的Cu電極材料的新形態提供進一步的見解。Item 以理論計算探討:I.氮氧化物在鎳(111)表面的反應機構II.一氧化氮在鎳-鉑雙金屬的分解反應III.二氧化碳在碳化鎢與碳化鎢-鈷合金表面反應探討(2012) 吳亘曜; Wu, shiuan-yau摘 要 第一部分 :氮氧化物(NOx)在Ni(111)表面的反應機構之探討 利用空間週期性來探討不同的氮氧化物(包含NO、NO2和N2O)在Ni(111)表面的反應機構，進一步討論到不同的覆蓋率下可能的變化。其中，在覆蓋率小的情況下，吸附的分子無論是NO、NO2和N2O都會完全分解成吸附態的N和O原子，而克服了2.34 eV的活化能之後，表面的N原子會再結合成N2分子從表面脫附。但是當覆蓋率不斷的提升之後，還沒有完全分解的NO和表面的N 原子會進行再結合，在高覆蓋率的情況下，N2O可能會進行脫附或者進一步斷N-O鍵形成N2分子。而在高覆蓋率的情況下會有N2O的副產物也可以從實驗的觀察得到證實。 第二部分: 一氧化氮(NO)在鎳-鉑雙金屬表面分解反應的探討 利用空間週期性來探討一氧化氮在Ni-Pt雙金屬表面的吸附與分解反應。其中，我們利用到的Ni-Pt雙金屬表面有: xNi@Pt(111), NixPt4-x(111), 和(4–x)Pt@Ni(111) ( x = 0~4)。 在所有的雙金屬表面當中，NO傾向被吸附在表面上有較多Ni原子的位置，而吸附能會隨著表面上Ni原子的數量增加而上升。另外，在我們所探討的所有雙金屬組成當中，當出現了表層的組成相同而內層不同的情況下，依不同的內層，NO分子吸附能的順序依次為xNi@Pt(111) > NixPt4-x(111) > (4 – x) Pt@Ni(111)表面，而NO斷鍵所需的活化能則剛好相反，換言之，在我們所有的表面當中，吸附能越大，斷NO鍵所需要的能障就越小。另外，我們也利用了局部電子態密度的分析來探討不同內層組成所造成雙金屬效益的原因。 第三部分:二氧化碳在碳化鎢WC(0001)和碳化鎢-鈷合金WC-Co表面反應探討 利用空間週期性探討二氧化碳在碳化鎢(0001)和碳化鎢-鈷合金表面的吸附。並進一步探討在不同鎢鈷比例的情況下，二氧化碳分解與氫化的趨勢。其中，碳化鎢(0001)表面有明顯的局域化現象，而當表面的組成結構改變，伴隨鈷原子的比例增加，會改變表面的局域化情形，進一步影響到吸附與反應的趨勢。而當鈷的覆蓋率為0.25ML的情況下，二氧化碳在WC-Co(0.25ML)有最佳的吸附能，而當鈷的覆蓋率增加到0.50ML，二氧化碳的吸附能雖然略減，但在該表面有最小的分解活化能。而氫化反應的活化能則是隨著表面鈷原子的比例增加而遞減，顯示鈷原子對氫化反應的幫助。而在這個部分，我們利用了電子局域化函數分析來探討表面局域化情況對二氧化碳催化反應的影響。Item 利用理論計算探討電催化還原二氧化碳的反應機制(2012) 李子翊; Zi-Yi LiRuII(bpy)(trpy)(CO), bpy = 2,2'-Bipyridine, trpy = 2,2':6',2”-terpyridine, 這個錯合物是少數能夠將二氧化碳直接還原成甲醇的有機錯金屬錯合物，這個錯合物曾經被報導可以在通入-1.5V的電壓環境下，生成甲醇和碳碳鍵生成的產物，利用此催化劑還原二氧化碳的產物包括了CO、HCOOH、CH3OH、HC(O)H、H(O)CCOOH以及HOCH2COOH，而第一個推測這個催化反應的反應機制是Tanaka，但是這個催化反應的各種中間產物的詳細資訊，不管是在實驗或是理論計算中都還是不清楚的。 在目前的研究利用理論計算的方法來分析這個反應機制，包括利用還原電位，pKa以及自由能來更完善Tanaka所預測的反應機制，並探討其反應的可行性。 關鍵字: 二氧化碳，理論計算，電催化，反應機構Item 二氧化碳與烷類轉換反應在銥原子氧化石墨烯表面之理論計算研究(2014) 陳志均; Chih-Chun Chen本篇文章藉由密度泛函理論研究二氧化碳和烷類在銥原子氧化石墨烯表面進行轉換反應。銥原子氧化石墨烯表面對甲烷、乙烷和二氧化碳具有高吸附能，其吸附能分別為 -0.86、-0.92和-0.56eV。在甲烷與二氧化碳的轉換反應下，甲烷分子先吸附在表面(Eads = -0.86 eV)後，進行C-H斷鍵形成CH3和H片斷，此步驟經過0.61 eV的反應能障，其中氫原子片斷與表面上的環氧基形成OH，而CH3與OH再進行結合形成甲醇，此步驟經過0.91 eV的反應能障，最後形成的CH3OH分子脫附表面，脫附能量為0.64 eV，此過程不趨向與二氧化碳發生反應，而趨向進行甲烷氧化反應。在二氧化碳分子和乙烷分子的轉換方面，首先乙烷吸附於表面，吸附能為-0.92 eV，接著進行C-H斷鍵而形成乙基和氫原子分別吸附於銥原子以及環氧基，此步驟跨越0.63 eV，接著在二氧化碳吸附(Eads = 0.58 eV)後，有四種可能的反應路徑：乙基與二氧化碳結合分別形成 (1) C2H5COO (Ea = 0.95 eV)； (2) COOC2H5 (Ea = 1.70 eV)；氫原子與二氧化碳結合分別形成 (3) COOH (Ea = 1.49 eV)；(4) HCOO (Ea = 3.54 eV)，而路徑(1)形成的丙酸根為活化能最低，且最可能的反應路徑，因此反應趨向產生丙酸。關鍵字：轉換反應、二氧化碳、乙烷、氧化石墨烯、銥原子。Item 氣相B, Al, Ga原子分別與 N2O，CO2，NO2分子反應機構的理論計算研究(2011) 徐淑娘; Shu-Liang Hsu人類的農、工、商活動，貢獻了大量的二氧化碳及一氧化二氮，這些迅速增加的氣體造成溫室效應，導致全球氣候異常；另一個因交通運輸及燃燒過程伴隨生成的污染物二氧化氮，影響生物的健康也不容小覷。本篇研究的目的為找出適當之反應物，並透過能障很低的反應機構，來使N2O、CO2、NO2轉變成穩定且無污染或低污染之氣體；我們也將此三種系統的反應性做比較，並提供可能的解釋。 我們使用Gaussian 03套裝軟體來完成理論計算，先以DFT (Density Functional Theory)使用B3LYP/6-311+G(3df)做結構的最佳化，更進一步做CCSD(T)/aug-cc-PVQZ單點計算。結果顯示氣相B、Al、Ga當起始反應物，分別與N2O 、CO2 、NO2進行反應，三個系統中，皆是以B的反應性最佳，可進行的反應路徑最多(包含Insertion)，且放出的能量也最多，Al次之， Ga的反應性最差。 依據Mulliken DA(donor-acceptor) 的理論，推論電子是從金屬轉移到氣體N2O 、CO2 、NO2分子中，形成金屬原子與這些氣體分子中charge為正電的原子相結合，其中間產物往往也最穩定。 此外，氣相B、Al、Ga當起始反應物，與N2O 、CO2 、NO2進行反應，以NO2 的反應性較多變化，而要將穩定的CO2活化，其反應性最差；只有在N2O系統的反應，才會在不需能障的情形下，將N2O降解生成無害的氣體N2，若在CO2 和NO2系統中要生成無害的氣體O2，皆是能障很高的反應，但仍可達成將CO2 和NO2降解成NO及CO氣體。Item 以理論計算探討在銠金屬奈米團簇上之化學反應: I. 一氧化氮在銠(鎳)金屬奈米團簇上的斷鍵反應 II. 二氧化碳在不同環境下的銠金屬團簇坐落於氧化石墨烯上進行分解反應的催化性質 III. 乙烷、丙烷及正丁烷在13顆銠金屬團簇坐落於開鍊式氧化石墨烯、二氧化銥與二氧化鈦表面上的脫氫反應(2016) 張鈞智; Chang, Chun-Chih我們利用空間週期性來探討一氧化氮(NO)吸附在19顆雙二十面體的銠(Rh19)及鎳(Ni19)金屬奈米團簇上來進行斷鍵反應。其中，在雙二十面體的結構上具備一rhombus-center的結構，而當一氧化氮分子分別吸附在Rh19 、Ni19的rhombus-center位置上，其吸附能為-2.53 eV與-2.78 eV，且一氧化氮其鍵長會由氣態時的1.16 Å分別被拉長至1.33Å與1.35 Å，此時，一氧化氮分子在銠金屬團簇rhombus-center位置上進行斷鍵所需克服的活化能為0.24 eV，而在相同位置上，在鎳金屬團簇上所需克服的活化能則為0.42 eV。因此，我們也利用電子分析方法(LDOS、Charge-difference)來研究一氧化氮與奈米團簇(Rh19 、Ni19)間的電子性質，其結果指出雙二十面體團簇所具有”凹陷型”(rhombus-center)特殊的結構能夠降低一氧化氮斷鍵的活化能。 藉由金屬奈米結構對於催化反應的影響，接下來我們繼續探討有關於二氧化碳分子分別在銠(111)表面、不同結構的13顆銠金屬奈米團簇(Rh13)與不同結構的13顆銠金屬團簇坐落於氧化石墨烯(Rh13/UGO)上進行分解反應之活性。在我們的計算結果中，因銠金屬團簇坐落於氧化石墨烯上的吸附能小於銠金屬團簇的凝聚能，故銠金屬奈米團簇會傾向以奈米結構存在而不致於分散於氧化石墨烯上。因此，我們系統性將二氧化碳分子吸附於銠(111)表面、13顆銠金屬奈米團簇與13顆銠金屬團簇坐落於氧化石墨烯上，發現二氧化碳分子吸附在13顆正二十面體銠金屬團簇坐落於氧化石墨烯(Rh13-Ih/UGO)上有最大的吸附能-1.18 eV，此時二氧化碳分子中的碳-氧鍵由氣態的1.17Å被拉長至1.29Å。接著，當二氧化碳分子在13顆正二十面體銠金屬團簇坐落於氧化石墨烯上進行斷鍵之活化能為0.45eV，相較於二氧化碳在無支撐物下的13顆正二十面體銠金屬團簇(Rh13-Ih)上去進行斷鍵反應之能障還要低約0.38eV，這也表示藉由開鍊式氧化石墨烯的幫助可以更有效提升銠金屬奈米團簇活性來轉化二氧化碳分子。 最後，為了瞭解底層支撐物對於金屬團簇催化活性的影響，故我們藉由探討乙烷、丙烷以及正丁烷等烷類分子於13顆低對稱性銠金屬團簇(Rh13-Ls¬)進行直接脫氫反應之活性，並且與13顆銠金屬團簇分別坐落於開鍊式氧化石墨烯(Rh13-Ls/UGO)、二氧化銥(Rh13-Ls/ IrO2)和二氧化鈦(Rh13-Ls/ TiO2)所形成三種不同系統來作系統性比較。 而在我們的計算結果中，這三種烷類的吸附能分別在四個不同系統中所呈現之大小依序為：Rh13-Ls/UGO ≈ Rh13-Ls/ TiO2 > Rh13-Ls > Rh13-Ls/ IrO2。 另外，當乙烷、丙烷以及正丁烷分子於Rh13-Ls/UGO系統上去進行第一步脫氫(末端氫)反應(CnH2n+2 → CnH2n+1 + H)分別形成乙烷基(-C2H5)、丙烷基(-C3H7)及正丁烷基(-C4H9)，其所需活化能大小分別為0.21、0.22 和 0.16 eV；其所需能障皆為所有系統中最小的；反之，若在Rh13-Ls/ IrO2系統中，其脫氫反應所需活化能卻是四個系統中最大。因此，從計算出來顯示，我們了解到13顆銠金屬團簇可以藉由開鍊式氧化石墨烯的幫助來活化烷類分子，藉以提升脫氫反應之活性。而本論文中也利用詳細的電子分析(LDOS，Bader-charge和charge-difference等)來輔助我們了解其原因。Item 以密度泛函為基礎設計分子力學參數：探討MEA和CO2之間的化學吸附(2015) 徐郁潔由於溫室效應有關CO2的研究一直是很熱門的主題，當前CO2的減量是很重要的，其中不論選擇儲存CO2或利用CO2都需要捕捉CO2這一步驟，在研究上或工業上都已經有很多捕捉CO2的方法在使用，其中單乙醇胺(MEA)是很普遍用於CO2的捕捉上，所以我們想了解CO2和單乙醇胺(MEA)之間的反應關係，並希望能找出MEA在吸附CO2時的結構。 我們會利用2種不同理論背景的軟體做計算；一種是計算方法以密度泛函理論(DFT)為主的Gaussian 09，另一種是計算分法以分子力學為主的Tinker，然後以Gaussian結果為標準，嘗試把Tinker的計算結果對Gaussian做誤差比較，再藉由調整其力場參數的方式使Tinker計算獲得的誤差能夠減少，讓其結果能與Gaussian相似。Item 在鉑奈米金屬團簇/氧化石墨烯表面進行:(1)甲烷轉換為甲醇及(2)一氧化碳轉換為二氧化碳之理論計算研究(2015) 王舒慶; Wang, Su-Ching本篇文章藉由密度泛函理論研究在鉑原子氧化石墨烯表面上進行之兩個反應：(1) 純甲烷之氧化反應以及 (2) 一氧化碳和氧氣氧化反應。鉑金屬團簇氧化石墨烯表面上對於甲烷、氧氣具有之吸附能分別為 -0.35、和 -1.53 eV。首先在甲烷與氧氣的轉換反應中，O2先行吸附在表面，吸附能為 -1.56 eV並斷鍵形成兩個O原子於表面，此步驟須跨過 0.49 eV的反應能障，CH4靠近吸附於鉑金屬團簇上並經過0.94 eV的反應能障打斷C-H鍵結，形成CH3基與OH基在表面，最後經由0.25 eV的能障形成第一個CH3OH。接著加入第二個CH4至催化表面，其吸附能為0.55 eV，且只需要跨越0.08 eV的反應能障即可斷鍵生成CH3與H，接著經0.80 eV屏障形成CH3O甲醇基，最後以越過0.75 eV的位能障礙形成第二個CH3OH。 我們同時也考慮氧化不完全之微量的CO若於O2斷鍵後進入反應，將會透過0.22~0.29 eV的能障並走Eley–Rideal反應途徑氧化產生CO2並回到初始表面。該結果可以應用於甲醇燃料電池中，防止CO毒化催化劑進而使其失去催化活性。