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1简介1

1.1 科学技术中的光化学和光物理1

1.2 发展历史1

1.3 化学和物理的一个新维度2

1.4 光的本质4

1.5 光的吸收6

1.6 量子产率、效率、激发态反应性6

参考文献8

2基本分子轨道理论10

2.1 引言10

2.2 氢原子10

2.3 多电子原子12

2.4 从原子到分子15

2.5 同核双原子分子的电子构型18

2.6 异核双原子分子的电子构型21

2.7 简单多原子分子和群论基础22

2.7.1 群论22

2.7.2 水25

2.7.3 氨27

2.8 典型的有机分子28

2.8.1 甲烷28

2.8.2 乙烯30

2.8.3 苯31

2.8.4 甲醛33

2.9 过渡金属配合物35

2.9.1 基本概念35

2.9.2 典型的金属配合物41

参考文献44

3光吸收和激发态失活46

3.1 光吸收46

3.1.1 选择规则48

3.1.2 对称选择规则48

3.1.3 旋转选择规则49

3.1.4 富兰克-康顿（Franck-Condon）原理50

3.1.5 光化学反应的势能面的形象化51

3.2 雅布隆斯基图53

3.3 激发态失活55

3.3.1 振动弛豫55

3.3.2 非辐射失活56

3.3.3 辐射失活58

3.3.4 辐射寿命59

3.4 化学反应60

3.5 动力学方面60

3.6 溶剂和温度的影响61

3.6.1 溶致变色位移61

3.6.2 能级态的交叉64

3.6.3 温度对激发态寿命的影响65

3.6.4 热激活的延迟荧光65

3.7 特定分子66

3.7.1 氧66

3.7.2 萘68

3.7.3 二苯甲酮70

3.7.4 锌（Ⅱ）四苯基卟啉72

3.7.5 [Cr（en）3]3＋74

3.7.6 [Co（NH3）6]3＋76

3.7.7 [Ru（bpy）3]2＋77

3.8 半导体79

参考文献82

4激发态：物理和化学性质86

4.1 作为一种新分子的激发态86

4.2 寿命86

4.3 能量86

4.4 几何结构88

4.4.1 小分子88

4.4.2 乙烯89

4.4.3 乙炔89

4.4.4 苯91

4.4.5 甲醛91

4.4.6 平面正方形金属配合物92

4.5 偶极矩93

4.6 电子转移94

4.7 质子转移96

4.8 激基缔合物和激基复合物99

参考文献101

5从分子体系到超分子体系103

5.1 超分子（多组分）体系和大分子103

5.2 混合价态化合物中的电子相互作用105

5.3 在给体-受体复合物中的电子相互作用106

5.4 激发态的电子刺激和电子相互作用108

5.5 超分子体系中激基缔合物和激基复合物的形成110

参考文献112

6分子和超分子体系中的猝灭和敏化过程114

6.1 引言114

6.2 双分子猝灭115

6.2.1 斯顿-伏尔莫（Stern-Volmer）公式115

6.2.2 动力学情况117

6.2.3 静态与动态猝灭118

6.2.4 敏化过程119

6.2.5 自旋情况119

6.3 超分子体系中的猝灭和敏化过程120

6.4 电子转移动力学123

6.4.1 马库斯（Marcus）理论123

6.4.2 量子力学理论126

6.5 能量转移129

6.5.1 库仑机理130

6.5.2 交换机理132

6.6 桥的作用134

6.7 催化失活135

参考文献136

7分子有机光化学139

7.1 引言139

7.2 烯烃和相关化合物139

7.2.1 基本概念139

7.2.2 双键的光异构化140

7.2.3 电环化过程142

7.2.4 σ移位重排143

7.2.5 二-π-甲烷反应143

7.2.6 光致环加成反应143

7.2.7 光诱导亲核、质子和电子加成144

7.3 芳香族化合物144

7.3.1 简介144

7.3.2 光取代147

7.3.3 光致重排148

7.3.4 光致转换148

7.3.5 光致环加成149

7.4 羰基化合物150

7.4.1 简介150

7.4.2 光化学基本过程151

7.5 其他有机化合物的光化学152

7.5.1 含氮化合物152

7.5.2 饱和的氧和硫的化合物153

7.5.3 卤化物154

参考文献156

8金属配合物的光化学和光物理158

8.1 金属配合物158

8.2 光物理性能158

8.3 光化学反应性159

8.4 电化学与光化学的关系160

8.4.1 钴（Ⅲ）配合物160

8.4.2 铜（Ⅰ）配合物161

8.4.3 钌（Ⅱ）多吡啶配合物162

8.4.4 激发态氧化还原电势164

8.5 发光的金属配合物166

8.5.1 多吡啶金属配合物166

8.5.2 环金属配合物168

8.5.3 卟啉配合物177

8.5.4 铬（Ⅲ）配合物180

8.5.5 镧系配合物182

8.6 光化学过程185

8.6.1 光化学反应类型185

参考文献188

9双分子氧化还原过程中光能与化学能的相互转化193

9.1 作为反应物的光193

9.2 作为产物的光194

9.3 光能向化学能的转化194

9.4 化学发光196

9.5 电化学发光196

9.6 光吸收的敏化剂198

9.7 光发射的敏化剂200

参考文献202

10光驱动的分子器件和机器204

10.1 分子、自组织和共价合成设计204

10.2 光输入和输出：读、写和擦除205

10.3 信息处理的分子器件205

10.3.1 光致变色系统用于分子记忆205

10.3.2 分子逻辑门207

10.4 基于能量转换的分子器件213

10.4.1 导线213

10.4.2 开关214

10.4.3 插头/插座系统214

10.4.4 捕光天线215

10.5 基于电子转移的分子器件216

10.5.1 导线216

10.5.2 开关219

10.5.3 延长电缆221

10.6 光驱动型分子机器223

10.6.1 概述223

10.6.2 光的作用223

10.6.3 基于光致顺反异构的旋转马达223

10.6.4 线型运动：分子梭及相关体系225

10.6.5 光控阀门、盒子及相关系统227

参考文献229

11自然光合成和人工光合成234

11.1 太空船地球的能源234

11.2 自然的光合成236

11.2.1 光能的捕获：吸收和能量转换237

11.2.2 光诱导电子转移引发电荷分离237

11.2.3 光合成效率240

11.3 人工光合成241

11.3.1 人工天线243

11.3.2 人工反应中心244

11.3.3 人工天线和反应中心的结合249

11.3.4 单光子电荷分离与多电子水裂解的结合250

11.4 通过半导体光催化剂裂解水251

参考文献252

12实验技术256

12.1 仪器设备256

12.1.1 光源256

12.1.2 单色器、滤光片和溶剂262

12.1.3 比色皿和辐射设备264

12.1.4 检测器266

12.2 稳态吸收和发射光谱学268

12.2.1 吸收光谱学268

12.2.2 发射光谱270

12.3 时间分辨的吸收和发射光谱276

12.3.1 瞬态吸收光谱276

12.3.2 发射寿命检测方法279

12.4 基于偏振光的吸收和发射波谱检测285

12.4.1 线性二向色性285

12.4.2 荧光各向异性技术286

12.5 反应量子产率测量法和显影测量法287

12.5.1 反应量子产率287

12.5.2 辐射光值测定289

12.6 其他技术292

12.6.1 光热方法292

12.6.2 单分子光谱法294

12.6.3 荧光相关光谱法295

12.6.4 X射线技术296

参考文献297

13生物学相关过程的光调控301

13.1 引言301

13.2 视觉301

13.2.1 基本原理301

13.2.2 主要光化学反应302

13.3 光、皮肤和防晒霜303

13.4 生命系统中的光化学伤害303

13.4.1 对DNA的光化学伤害303

13.4.2 对蛋白质的光化学伤害304

13.5 利用光的治疗方法304

13.5.1 光线疗法304

13.5.2 牛皮癣的光化学疗法305

13.5.3 光动力疗法306

13.5.4 光控释放307

13.6 应用于环境保护的光催化308

13.6.1 基本原理308

13.6.2 太阳能消毒（SODIS）309

13.6.3 光辅助的芬顿（Fenton）反应309

13.6.4 多相光催化309

13.7 DNA的光致裂解和电荷传递310

13.7.1 核酸的光致裂解剂310

13.7.2 DNA中光诱导的电子转移过程311

13.8 荧光311

13.9 生物发光311

参考文献312

14光化学与光物理的技术应用316

14.1 引言316

14.2 光致变色316

14.3 荧光传感器318

14.3.1 基本原理318

14.3.2 信号放大319

14.3.3 风洞研究320

14.3.4 温度计320

14.3.5 测试血样分析物322

14.3.6 探测化学战剂324

14.3.7 检测爆炸物326

14.4 荧光增白剂327

14.5 大气光化学327

14.5.1 涉及氧气的自然过程327

14.5.2 臭氧层空洞328

14.6 太阳能电池329

14.6.1 无机光伏（PV）电池329

14.6.2 有机太阳能电池（OSC）330

14.6.3 染料敏化太阳能电池（DSSC）331

14.7 电致发光材料332

14.7.1 发光二极管（LED）332

14.7.2 有机发光二极管（OLED）333

14.7.3 发光电化学电池（LEC）334

14.8 聚合物与光336

14.8.1 光聚合336

14.8.2 光降解336

14.8.3 商业聚合物的稳定性336

14.8.4 光化学固化337

14.8.5 其他光诱导过程338

14.8.6 光刻338

14.8.7 立体光刻技术339

14.8.8 全息术339

14.9 光化学合成341

14.9.1 聚合物的光氯化341

14.9.2 己内酰胺的合成341

14.9.3 维生素的合成341

14.9.4 香料342

参考文献342

15绿色（光）化学347

15.1 定义、起源和目的347

15.2 绿色化学合成中的光化学348

15.3 光催化349

15.3.1 多相光催化350

15.3.2 均相光催化350

15.4 合成中的光催化350

15.4.1 烷烃350

15.4.2 烯烃351

15.4.3 炔烃352

15.4.4 硫化物352

15.5 光催化污染治理353

15.6 绿色合成中太阳能的利用353

参考文献355

16研究前沿359

16.1 引言359

16.2 聚集诱导发光359

16.3 通过晶体设计的纯有机磷光材料360

16.4 二维聚合物的合成362

16.5 光控的非对称分子线相对单向穿过分子环363

16.6 由可见光通过能量转移驱动的分子马达364

16.7 多功能化合物中的协同和干扰366

16.8 单重态裂变367

16.9 单色光致变色系统370

16.10 具有可调控相转换的电子转移的光调控371

16.11 染料敏化光电合成电池（DSPEC）374

参考文献376

索引380