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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    理論計算在化學上的應用 : 有機動力學分割反應與電極表面的離子液體的電腦模擬
    (2021) 黃永宜; Huang, Yung-Yi
    本篇論文分為兩個部分,第一部分我們主要針對 Kinetic Resolution reaction (KR-reaction) 的部分及有機催化反應循環,利用理論計算進行深入的探討。眾所 皆知的事實是實驗室合成的藥物多為外消旋混合物,而市售的藥品也經常就以此種型態售出;但這樣的藥物可能存在著一些不必要的副作用以及降低藥效的可能。因此近年來許多人在藥物的分離上有所著墨,但在進行實驗的過程我們經常無法看到微觀世界中的分子行為以及藥物分離機制。本論文的第一部分將深入探討整個有機催化反應循環及 KR-reaction 的每一個步驟之反應機構,並透過理論模擬的方式補足實驗上所無法看到的一些化學及物理現象。我們成功的在實驗中觀察到許多微觀世界中的催化反應,也進而提出及證實了合理之反應機構。第二部分則透過多尺度模擬探討固態電極表面及離子液體之間的離子傳導行為。隨著人類平均壽命的上升,我們更為重視生活的質量,此外全球暖化的影響,造成天氣日漸炎熱,使用電需求大大上升,在能源生產與儲存的技術上大受挑戰。其中電化學儲能技術被許多人提出來研究,電化學的電池儲能技術最重要的環節就是中間離子傳導的過程,而如何挑選電池中間的隔離膜成為重要的課題;部分研究已證實 兩 性 離 子 液 體 所 合 成 出 來 的 聚 合 兩 性 高 分 子 薄 膜 (amphiphilic polymer membrane)所包含帶部分正電的咪唑以及帶部分負電的磺酸根可以有效幫助離子傳導並提高電池穩定度。本研究想透過理論模擬探討電化學電池中隔離膜在離子傳導過程中扮演著甚麼樣重要的角色,也想比較不同的離子液體對離子傳導所造成的影響。我們挑選了正負電荷完全分離與正負電荷於同一條碳鏈的結構,深入探討其對離子傳導的影響,並透過多尺度的理論模擬從分子古典力學到量子力學研究有關離子傳導行為的變化。最終研究結果顯示一維的水分布結構將有效幫助離子傳導之行為進而提高離子傳導率。
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    離子液體及中孔二氧化矽SBA-15負載雜多酸-離子液體超強酸觸媒之製備、鑑定與催化特性研究
    (2014) 劉莉莉
    離子液體(ionic liquids; ILs)是公認具有高穩定性、極低揮發性的綠色溶劑,更因其可藉由離子交換調控的陽離子和陰離子組份,該液體鹽類可為質子、非質子或兩性離子(zwitterionic)的型態,是一理想的均相催化觸媒。本論文部份研究利用本實驗室所開發之31P-TMPO NMR酸性鑑定技術,即利用三甲基磷氧化物(TMPO)做為探針分子,透過31P核磁共振(nuclear magnetic resonance; NMR)光譜進行實驗,針對不同類型離子液體之酸性特性加以鑑定,並討論其催化應用性。 雜多酸(heteropolyacids;HPAs)則是一種穩定性極佳的無機鹽類,由於其獨特的氧化、還原特性、可溶性和超強酸特性,常被應用於石化及生質能催化反應做為異相或均相觸媒。然而,由於HPA容易溶解於極性溶劑(如水、醋酸等)中以及表面積低等缺點,使反應後催化劑與產物不易分離以及觸媒循環使用困難等缺點,極大地限制了其在催化領域的工業應用。因此,許多新進研究著重於將HPA固載在高比表面積擔體上面,藉以提升其分散性及穩定性。但單純以物理吸附方式將雜多酸負載在擔體表面則存在嚴重的催化劑浸出(leaching)問題,不利於產物分離以及觸媒回收循環使用。針對此一困難問題,本研究開發一種新穎負載型無機有機複合催化劑,選擇利用1-甲基-3-(三甲氧基甲矽烷)咪唑氯化物(1-methyl-3-(trimethoxysilylpropyl)- imidazolium chloride)離子液體做為連接HPA與具高比表面積的中孔二氧化矽SBA-15擔體之間的橋樑,首先將IL修飾於SBA-15載體表面,再利用IL上的帶負電咪唑環與雜多酸陽離子所形成的離子鍵結達到固載的目的。吾人所製備的HPA-IL/SBA-15觸媒並透過各種物裡化學分析與光譜技術加以鑑定,此外,亦利用31P-TMPO NMR酸性鑑定技術其酸性特性(酸強度與濃度)。最後,並藉由線性烷基苯(LAB)催化反應進行測試,了解其催化效能。 由異核固態NMR及其他實驗結果顯示,吾人成功地負載典型的Keggin-型態HPA,即磷鎢酸(H3PW12O40; HPW),在IL修飾的SBA-15表面,且所製備之HPW-IL/SBA-15觸媒具有超強酸的特性存在。經由改變HPW和IL的負載比例,吾人亦成功的調控負載在擔體上的酸強度與酸量分佈,並發現在適當的HPW/IL比例(即接近1:1)時,反應不僅具有高轉化率且有較好的短鏈線性烷基苯(2-LAB)產物選擇率,說明此時HPW原存在的三個質子活性酸位(proton active sites)當中,平均只有一個質子與IL上的陰離子形成離子鍵而被佔據,所剩餘的兩個質子表現出最高濃度的超強酸質子分佈,因而展現較佳的催化能力。反之,負載過少(或過多)HPW時,極低(或極高)質子酸位的存在,均導致較低的LAB轉化率和選擇率,反而不利於反應的進行。
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    多種不同結構微米級石墨對鋁離子電池電化學表現之影響研究
    (2016) 謝育儒; Hsieh, Yu-Ju
    近期發表於期刊上之鋁離子電池是以鋁金屬當作負極、石墨當作正極 以及使用離子液體作為電解液。因鋁離子電池具有低成本、低可燃性、 高速率充放電、長圈數的壽命以及牽涉三個電子的氧化還原反應使其 成為鋁離子電池的特點。 本篇研究主軸是將不同結構之微米級石墨應用在鋁離子電池正極材 料上,並對其電化學表現和其結構特性相關性做整理歸納。 本篇研究之微米級石墨有 SP-1 天然磷片石墨、GNPs (石墨烯奈米薄 片)、KS6、MCMB(介相微碳球)、島久石墨以及鍛燒至 1000℃的蔗糖。 從 X光繞射儀結果可以看出不同微米石墨的[002]特徵峰強度均不同 且拉曼光譜可看出不同石墨 D band 和 G band 的比值差異,以掃描式 電子顯微鏡(SEM)也可以看出不同石墨均有不一樣的粒徑大小,根據 X 光繞射儀、拉曼光譜以及掃描式電子顯微鏡(SEM)得知當石墨的結 晶性、缺陷多寡以及粒徑尺寸都會影響到鋁離子電池的電化學表現。