光化學(xué)基礎(chǔ)與應(yīng)用

內(nèi)容概要

光化學(xué)是一門綜合性很強(qiáng)的物理化學(xué)方面的課程，《光化學(xué)基礎(chǔ)與應(yīng)用》的編寫(xiě)是在讓學(xué)生掌握光化學(xué)的基本概念以后，擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面。由面到點(diǎn)，先讓學(xué)生對(duì)光化學(xué)的基本原理有個(gè)大概了解，再具體深入到不同的學(xué)科領(lǐng)域。不求面面俱到，但求使學(xué)生掌握牢固的基礎(chǔ)知識(shí)和開(kāi)闊他們的眼。界本書(shū)包括：總論、光和光化學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)、激發(fā)態(tài)的產(chǎn)生及物理特性、輻射躍遷、無(wú)輻射躍遷、能量轉(zhuǎn)移和電子轉(zhuǎn)移、光化學(xué)反應(yīng)、激光簡(jiǎn)介、分子光譜的時(shí)間分辨和空間分辨、自然界中神奇的分子卟啉、光合作用和太陽(yáng)能利用、光動(dòng)力療法、發(fā)光材料簡(jiǎn)介。    本書(shū)按照研究生課時(shí)教學(xué)要求設(shè)計(jì)編寫(xiě)，配合36個(gè)學(xué)時(shí)的教學(xué)，語(yǔ)言通俗易懂，是光化學(xué)初學(xué)者的入門讀物。適合作為化學(xué)、化工、物理、生物、材料等專業(yè)的研究生和化學(xué)理科專業(yè)的高年級(jí)本科生教材。

書(shū)籍目錄

總論　0.1　生活中的光化學(xué)現(xiàn)象　0.2　光化學(xué)和光物理　0.3　光化學(xué)反應(yīng)　0.4　光化學(xué)基本定律　0.5　量子效率、量子產(chǎn)率和能量轉(zhuǎn)化效率　0.6　光化學(xué)反應(yīng)速率的平衡　0.7　光敏反應(yīng)　0.8　光化學(xué)反應(yīng)的特點(diǎn)　0.9　光化學(xué)的研究簡(jiǎn)史　0.10　光化學(xué)的分支　　0.10.1　生物光化學(xué)　　0.10.2　光合作用和光輻射　　0.10.3　環(huán)境光化學(xué)　　0.10.4　光催化　參考文獻(xiàn)第1章　光和光化學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)　1.1　光的研究史　1.2　黑體輻射——能量量子化　1.3　光電效應(yīng)——光量子　1.4　光壓——光的粒子性特征　1.5　偏振光　1.6　光學(xué)光譜區(qū)　1.7　光子能量單位　1.8　各種光源　　1.8.1　光源的作用和種類　　1.8.2　常用非相干輻射源能譜分布　　1.8.3　市場(chǎng)上常見(jiàn)的光源　　1.8.4　激光光源　　1.8.5　同步輻射光源　1.9　光強(qiáng)的測(cè)量　1.10　光化學(xué)反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置　1.11　光化學(xué)中間體　參考文獻(xiàn)第2章　激發(fā)態(tài)的產(chǎn)生及物理特性　2.1　分子軌道理論和光化學(xué)　　2.1.1　分子軌道理論簡(jiǎn)介　　2.1.2　分子軌道理論的要點(diǎn)_　　2.1.3　原子軌道只有滿足三個(gè)條件才能組成分子軌道　　2.1.4　電子在分子軌道上排布要遵循三原則　　2.1.5　關(guān)于軌道的對(duì)稱性　2.2　激發(fā)態(tài)的產(chǎn)生　　2.2.1　構(gòu)造原理　　2.2.2　光和分子的相互作用　　2.2.3　幾個(gè)重要的光化學(xué)定律　　2.2.4　決定躍遷概率的因素　　2.2.5　Frank-Condon原理　　2.2.6　宇稱性規(guī)則　　2.2.7　選擇規(guī)則的修訂　　2.2.8　激發(fā)態(tài)　參考文獻(xiàn)第3章　輻射躍遷　3.1　輻射躍遷　　3.1.1　輻射躍遷和無(wú)輻射躍遷　　3.1.2　振動(dòng)弛豫　　3.1.3　內(nèi)轉(zhuǎn)移　　3.1.4　系間竄躍　　3.1.5　熒光發(fā)射　　3.1.6　磷光發(fā)射　　3.1.7　外轉(zhuǎn)移　3.2　激發(fā)光譜曲線和熒光、磷光光譜曲線　　3.2.1　Stokes位移　　3.2.2　熒光發(fā)射光譜的形狀與激發(fā)波長(zhǎng)無(wú)關(guān)　3.3　鏡像規(guī)則　3.4　熒光和分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系　　3.4.1　熒光與有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)　　3.4.2　共軛效應(yīng)　　3.4.3　影響熒光強(qiáng)度的其他因素　　3.4.4　取代基效應(yīng)　3.5　金屬螯合物的熒光　　3.5.1　螯合物中配位體的發(fā)光　　3.5.2　螯合物中金屬離子的特征熒光　3.6　溶液的熒光(或磷光)強(qiáng)度　　3.6.1　影響熒光強(qiáng)度的因素　　3.6.2　內(nèi)濾光作用和自吸收現(xiàn)象　　3.6.3　溶液熒光猝滅　3.7　熒光分析儀　3.8　分子熒光分析法及其應(yīng)用　　3.8.1　熒光分析方法的特點(diǎn)　　3.8.2　定量分析方法　3.9　磷光分析法　　3.9.1　低溫磷光　　3.9.2　室溫磷光　　3.9.3　磷光分析儀　3.10　化學(xué)發(fā)光分析　　3.10.1　化學(xué)發(fā)光分析的基本原理　　3.10.2　化學(xué)發(fā)光反應(yīng)類型　3.11　熒光壽命(激發(fā)單線態(tài)壽命)測(cè)定　3.12　熒光壽命的實(shí)際測(cè)量　3.13　Stern-Volmer在動(dòng)態(tài)猝滅與靜態(tài)猝滅中的應(yīng)用　3.14　熒光壽命測(cè)定的應(yīng)用　參考文獻(xiàn)第4章　無(wú)輻射躍遷　4.1　無(wú)輻射躍遷　4.2　影響無(wú)輻射躍遷發(fā)生的因素　4.3　內(nèi)轉(zhuǎn)換(internal　conversion)　　4.3.1　內(nèi)轉(zhuǎn)換的分類　　4.3.2　影響內(nèi)轉(zhuǎn)換發(fā)生的因素　4.4　系間竄躍　參考文獻(xiàn)第5章　能量轉(zhuǎn)移和電子轉(zhuǎn)移　5.1　能量轉(zhuǎn)移　　5.1.1　能量轉(zhuǎn)移的概念　　5.1.2　能量轉(zhuǎn)移的分類　5.2　輻射能量轉(zhuǎn)移機(jī)理　　5.2.1　輻射能量轉(zhuǎn)移機(jī)理　　5.2.2　輻射能量轉(zhuǎn)移機(jī)理的適用范圍　5.3　無(wú)輻射能量轉(zhuǎn)移機(jī)理　　5.3.1　無(wú)輻射能量轉(zhuǎn)移機(jī)理的分類　　5.3.2　交換能量轉(zhuǎn)移　5.4　能量傳遞理論發(fā)展史　5.5　F6rster理論　　5.5.1　能量耦合態(tài)　　5.5.2　取向因子　　5.5.3　能量轉(zhuǎn)移的各種形式　5.6　激子轉(zhuǎn)移機(jī)理　5.7　各能量轉(zhuǎn)移機(jī)理的適用范圍　5.8　能量轉(zhuǎn)移研究方法　5.9　熒光共振能量轉(zhuǎn)移在生物學(xué)上的應(yīng)用　5.10　電子轉(zhuǎn)移　　5.10.1　電子轉(zhuǎn)移　　5.10.2　電子轉(zhuǎn)移體系　　5.10.3　電荷分離態(tài)的實(shí)現(xiàn)　　5.10.4　光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的產(chǎn)生過(guò)程　　5.10.5　光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移基本理論　　5.10.6　分子間電荷轉(zhuǎn)移的途徑　　5.10.7　電子跳躍轉(zhuǎn)移　　5.10.8　分子間電荷轉(zhuǎn)移的研究方法　5.11　能量傳遞和光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的應(yīng)用　　5.11.1　模擬光合作用　　5.11.2　太陽(yáng)能電池　　5.11.3　光催化分解水制氫　參考文獻(xiàn)　第6章　光化學(xué)反應(yīng)　6.1　光化學(xué)反應(yīng)　6.2　激發(fā)態(tài)分子光化學(xué)反應(yīng)的特點(diǎn)　6.3　光解離　　6.3.1　氣相光化學(xué)　　6.3.2　溶液中的光化學(xué)　　6.3.3　離子型物種的光化學(xué)　6.4　多光子解離和電離　6.5　常見(jiàn)的有機(jī)光化學(xué)反應(yīng)　　6.5.1　羰基化合物　　6.5.2　烯烴的異構(gòu)化　　6.5.3　氮一氮雙鍵的異構(gòu)化　　6.5.4　碳一氮雙鍵的異構(gòu)化　　6.5.5　環(huán)合加成反應(yīng)　6.6　環(huán)境中的主要光化學(xué)反應(yīng)　參考文獻(xiàn)第7章　激光簡(jiǎn)介　7.1　激光　7.2　激光的產(chǎn)生原理　　7.2.1　受激吸收　　7.2.2　受激輻射　　……第8章　分子光譜的時(shí)間分辨和空間分辨第9章　自然界中神奇的分子卟啉第10章　光合作用和太陽(yáng)能利用第11章　光動(dòng)力療法第12章　放光材料簡(jiǎn)介參考文獻(xiàn)　

章節(jié)摘錄

　　總論　　0.2 光化學(xué)和光物理　　了解了光化學(xué)以后，另一個(gè)和光化學(xué)休戚相關(guān)的名詞是光物理。了解具體的光化學(xué)過(guò)程必須要熟悉激發(fā)態(tài)的物理性質(zhì)。所以說(shuō)它們二者之間互相滲透，互相補(bǔ)充。特別是近30年來(lái)，由于激光的問(wèn)世，光學(xué)的面貌發(fā)生了深刻的變化，光物理的研究?jī)?nèi)容也從傳統(tǒng)的光學(xué)與光譜學(xué)迅速擴(kuò)展到光學(xué)與物理其他分支學(xué)科的交匯點(diǎn)。諸如激光物理、非線性光學(xué)、高分辨率光譜學(xué)、強(qiáng)光光學(xué)和量子光學(xué)正不斷趨于完善和成熟。有的則正在積累形成新的分支學(xué)科，如光子學(xué)、超快光譜學(xué)和原子光學(xué)等。光物理與化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)及生命科學(xué)的交叉也越來(lái)越廣泛和深入。光物理學(xué)中的新理論、新概念和新方法已成為激光、光纖通信等高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要依托?！　?.3 光化學(xué)反應(yīng)　　我們說(shuō)光化學(xué)是研究光與物質(zhì)相互作用的科學(xué)，如果在光的作用下，物質(zhì)發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)我們稱為光化學(xué)反應(yīng)。光化學(xué)反應(yīng)與一般熱化學(xué)反應(yīng)相比有許多不同之處，主要表現(xiàn)在：加熱使分子活化時(shí)，體系中分子能量的分布服從玻爾茲曼分布；而分子受到光激活時(shí)，原則上可以做到選擇性激發(fā)，體系中分子能量的分布屬于非平衡分布。所以光化學(xué)反應(yīng)的途徑與產(chǎn)物往往和基態(tài)熱化學(xué)反應(yīng)不同，只要光的波長(zhǎng)適當(dāng)，能為物質(zhì)所吸收，即使在很低的溫度下，光化學(xué)反應(yīng)仍然可以進(jìn)行。　　光化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)中光化學(xué)過(guò)程可分為初級(jí)過(guò)程和次級(jí)過(guò)程。初級(jí)過(guò)程是分子吸收光子使電子激發(fā)，分子由基態(tài)提升到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)分子的壽命。一般較短。光化學(xué)主要與低激發(fā)態(tài)有關(guān)，激發(fā)態(tài)分子可能發(fā)生解離或與相鄰的分子反應(yīng)，也可能過(guò)渡到一個(gè)新的激發(fā)態(tài)上去，這些都屬于初級(jí)過(guò)程，其后發(fā)生的任何過(guò)程均稱為次級(jí)過(guò)程。分子中的電子狀態(tài)、振動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)都是量子化的，即相鄰狀態(tài)間的能量變化是不連續(xù)的。因此分子激發(fā)時(shí)的初始狀態(tài)與終止?fàn)顟B(tài)不同時(shí)，所要求的光子能量也是不同的，而且要求二者的能量值盡可能匹配。　　由于分子在一般條件下處于能量較低的穩(wěn)定狀態(tài)，稱為基態(tài)。受到光照射后，如果分子能夠吸收電磁輻射，就可以提升到能量較高的狀態(tài)，稱為激發(fā)態(tài)。如果分子可以吸收不同波長(zhǎng)的電磁輻射，就可以達(dá)到不同的激發(fā)態(tài)。按其能量的高低，從基態(tài)往上依次稱為第一激發(fā)態(tài)、第二激發(fā)態(tài)等，光化學(xué)研究中，把高于第一激發(fā)態(tài)的所有激發(fā)態(tài)統(tǒng)稱為高激發(fā)態(tài)?！　〖ぐl(fā)態(tài)分子的壽命一般較短，而且激發(fā)態(tài)能級(jí)越高，其壽命越短，以致來(lái)不及發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以光化學(xué)主要與低激發(fā)態(tài)有關(guān)。激發(fā)時(shí)分子所吸收的電磁輻射能有兩條主要的耗散途徑：一是和光化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)合并；二是通過(guò)光物理過(guò)程轉(zhuǎn)變成其他形式的能量。　　光物理過(guò)程可分為輻射弛豫過(guò)程和非輻射弛豫過(guò)程。輻射弛豫過(guò)程是指將全部或部分多余的能量以輻射能的形式耗散掉，分子回到基態(tài)的過(guò)程，如發(fā)射熒光或磷光；非輻射弛豫過(guò)程是指多余的能量全部以熱的形式耗散掉，分子回到基態(tài)的過(guò)程。

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