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序 1

前言 1

第1章 分子光化学导论 1

1.1分子轨道 1

1.1.1n轨道 2

1.1.2π轨道和π＊轨道 2

1.1.3σ轨道和σ＊轨道 2

1.2电子激发态 3

1.2.1激发态的电子组态 3

1.2.2激发态的多重态 3

1.2.3激发态的能量 4

1.3激发态的产生 4

1.3.1Lambert-Beer定律 4

1.3.2Stark Einstein定律 5

1.3.3吸收光谱 5

1.3.4选择定则 5

1.4激发态的衰减 6

1.4.1Kasha规则 6

1.4.2辐射跃迁 6

1.4.3无辐射跃迁 7

1.4.4能量传递 7

1.4.5电子转移 7

1.4.6化学反应 8

1.4.7Jablonski图解 8

1.5光化学发展的趋势 8

参考文献 9

第2章 激发态的产生及其分子内物理衰变理论 10

2.1激发态的产生及相关问题 10

2.1.1构造原理 10

2.1.2光和分子的相互作用 12

2.1.3选择规则 13

2.1.4跃迁及激发态的表示方法 18

2.1.5单重态与三重态的性质比较 19

2.1.6n→π＊跃迁和π→π＊跃迁 20

2.1.7激发态与基态的性质比较 23

2.1.8激发态的寿命 26

2.1.9量子产率 28

2.2激发态的衰变概述 29

2.3辐射跃迁与光吸收的关系 30

2.4荧光 32

2.4.1荧光产生的条件 32

2.4.2影响荧光的主要因素 33

2.4.3荧光速率常数、强度、量子产率和荧光寿命 36

2.4.4荧光光谱和斯托克斯频移 38

2.4.5高级激发态发射的荧光 39

2.5磷光 40

2.5.1磷光的产生及磷光速率常数 40

2.5.2磷光量子产率 41

2.5.3磷光光谱 42

2.5.4室温下液态溶液中的磷光 42

2.6延迟荧光 42

2.6.1E型延迟荧光 43

2.6.2P型延迟荧光 43

2.7激基缔合物和激基复合物 44

2.7.1电荷转移络合物与电荷转移跃迁 44

2.7.2激基缔合物及激基复合物的形成与特征 45

2.8荧光技术的应用 46

2.9非辐射跃迁理论 48

2.10内转换 50

2.10.1速率常数 50

2.10.2量子产率 51

2.11系间窜越 51

2.12单分子过程的光物理动力学 55

参考文献 56

第3章 分子激发态能量转移与电子转移 59

3.1分子激发态能量转移 59

3.1.1引言 59

3.1.2能量转移的基本理论 60

3.1.3能量转移的典型实例 72

3.1.4能量转移的研究方法 76

3.2分子激发态电子转移 83

3.2.1引言 83

3.2.2电子转移的基本理论 84

3.2.3电子转移的研究方法 96

3.2.4能量转移与电子转移的对比 107

3.3能量转移与电子转移的竞争 107

3.3.1引言 107

3.3.2双组分体系中的能量转移和电子转移 108

3.3.3能量转移理论 109

3.3.4电子转移过程 111

3.3.5能量转移与电子转移的一般动力学处理 111

3.3.6能量向多个激发态转移 111

3.3.7能量转移与电子转移的竞争 112

3.3.8能量转移与电子转移竞争的实例 113

参考文献 115

第4章 分子激发态反应动力学和超快过程研究 126

4.1反应动力学基本原理 126

4.1.1分子激发态的产生 126

4.1.2激发态的失活途径 127

4.1.3激发态能量传递与电荷转移 129

4.2时间分辨光谱技术简介 130

4.2.1飞秒时间分辨吸收 131

4.2.2皮秒时间分辨荧光 132

4.3酮缺陷和链间相互作用对聚芴类分子绿光发射的影响 133

4.3.1非树状化聚芴薄膜和溶液中的发光行为 133

4.3.2带芴酮缺陷聚芴PFN薄膜和溶液中的发光行为 135

4.3.3树状化聚芴薄膜和溶液中的发光行为 138

4.3.4芴酮缺陷和链间相互作用的协同效应 139

4.4菌紫质光循环中视黄醛超快异构化过程 141

4.4.1近红外区的全局拟合 141

4.4.2激发态吸收450nm动力学曲线的分析 142

4.4.3基态漂白540nm动力学曲线的分析 143

4.4.4光产物630nm动力学曲线的分析 144

4.4.5可见区受激荧光710nm动力学曲线的分析 144

参考文献 145

第5章 光反应中间体及高级激发态的光化学 150

5.1分步双激光技术与一般光化学方法 150

5.2分步双激光技术的简介 151

5.3激发态反应中间体的荧光光谱研究 152

5.3.1自由基的荧光光谱 153

5.3.2双自由基的荧光光谱 156

5.3.3卡宾的发射光谱 157

5.4激发态中间体的瞬态吸收 159

5.5激发态中间体的单分子反应 163

5.5.1单分子光裂解反应 163

5.5.2分子内光裂解重排反应 164

5.5.3单光子光电离 166

5.6激发态反应中间体的分子间反应 167

5.6.1氧与激发态自由基之间的反应 168

5.6.2激发态自由基同烯烃的反应 168

5.6.3激发态自由基同电子受体之间的反应 169

5.6.4激发态自由基同电子给体之间的反应 170

5.6.5卡宾的分子间反应 170

5.7高级激发态 172

5.7.1高级激发态——光物理 173

5.7.2高级激发态的光化学 183

5.8多光子过程理论 190

5.8.1微扰方法 190

5.8.2格林函数方法 200

参考文献 205

第6章 光氧化反应 211

6.1引言 211

6.1.1氧原子和氧分子的电子结构和化学活性 211

6.1.2光氧化反应的分类 212

6.2自动氧化反应 213

6.2.1自动氧化反应的动力学 213

6.2.2引发 216

6.2.3链传递 217

6.2.4链终止 218

6.2.5抗氧化剂 220

6.2.6多不饱和脂肪酸的自动氧化 226

6.2.7支链反应 231

6.2.8金属催化的自动氧化反应 234

6.2.9氮氧自由基催化的自动氧化反应 235

6.3单重态氧反应 237

6.3.1单重态氧的基本性质 237

6.3.2单重态氧的产生 239

6.3.3单重态氧的化学反应 242

6.3.4杂环化合物的单重态氧反应 252

6.4电子转移光氧化反应 264

6.4.1经激发态反应物与氧的CTC或经激发态反应物与基态氧的电子转移进行的光氧化反应 265

6.4.2经基态反应物与单重态氧进行电子转移而进行的光氧化反应 271

6.4.3光诱导电子转移反应 276

6.4.4激发态电子受体敏化剂引发的光氧化反应 278

6.5分子筛以及某些超分子体系中的光氧化反应 303

6.5.1分子筛中的光氧化反应 303

6.5.2其他超分子体系中的光氧化反应 306

6.6与单重态氧反应有关的化学发光现象 308

6.6.1过氧化物反应中产生的单重态氧的化学发光 308

6.6.2产生化学发光的能量要求 309

6.6.3二氧杂环丁烷体系的化学发光 310

6.6.4其他CL体系 315

6.6.5化学发光在分析化学中的应用 318

6.7生物体系中的光氧化反应 319

6.7.1DNA的氧化损伤 319

6.7.2蛋白质的氧化损伤 327

6.7.3光化学疗法 331

参考文献 347

第7章 双键的异构化反应及其应用 378

7.1碳-碳双键的异构化反应 378

7.1.1一般理论分析 378

7.1.2基态顺-反热异构化反应 379

7.1.3光异构化或激发态异构化反应 380

7.2氮-氮双键的异构化 392

7.2.1偶氮苯类化合物 392

7.2.2氨基偶氮苯类型 393

7.2.3假1，2-二苯乙烯类型 393

7.2.4偶氮苯的光异构化机制 394

7.3碳-氮双键的异构化 397

7.3.1含一个双键的异构化 397

7.3.2碳-氮双键的单向光异构化 398

7.3.3含两个碳-氮双键化合物的异构化 398

7.4甲嵌衍生物的异构化反应 399

7.5双键异构化的应用 401

7.5.1离子识别 401

7.5.2对映体的分离 401

7.5.3光控蛋白和多肽的结构 402

7.5.4光控树枝状化合物的定向药物输送 402

7.5.5偶氮苯的异构化在光控分子机器中的应用 402

7.5.6含偶氮苯衍生物的液晶材料的研究 403

参考文献 403

第8章 光环合加成反应理论和反应中间体的捕获 405

8.1碳-碳双键之间的分步光环合加成反应 405

8.1.1芳烃中碳-碳不饱和键的光环合加成反应 407

8.1.2α，β-烯酮的光环合加成反应 409

8.2羰基和硫羰基参与的分步光环合加成反应 412

8.3含碳氮双键化合物的分步光环合加成反应 416

8.4协同光环合加成反应 428

参考文献 431

第9章 光诱导电子转移和电荷转移及其在荧光化学敏感器中的应用 435

9.1概述 435

9.2分子内共轭的电荷转移化合物的辐射衰变和非辐射衰变 436

9.3光诱导电子转移及其在荧光化学敏感器工作机制中的重要性 444

9.4荧光化学敏感器（或称传感器）的研究 450

9.4.1报告器 451

9.4.2替续器 454

9.4.3接受体的原理和设计 455

9.4.4荧光化学传感器 467

参考文献 476

第10章 有机光致变色与电致变色材料 481

10.1有机光致变色材料 481

10.1.1光致变色概述 481

10.1.2俘精酸酐家族化合物 486

10.1.3二芳基乙烯类光致变色体系 508

10.1.4吡喃类化合物 517

10.1.5螺吡喃和螺噁嗪 525

10.1.6光致变色席夫碱 538

10.1.7特殊环境中的光致变色 543

10.2电致变色材料 559

10.2.1引言 559

10.2.2电致变色材料的基础参数 559

10.2.3在共扼高分子中电致变色的形成机制 560

10.2.4电致变色高分子的表征方法 561

10.2.5电致变色高分子的多重颜色调控 565

10.2.6高分子电致变色器件 571

10.2.7展望 573

10.3光致变色与电致变色双功能材料 574

10.3.1二芳基乙烯类双功能材料 574

10.3.2螺噁嗪类双功能材料 576

10.4光致变色与电致变色材料的应用 578

参考文献 581

第11章 高分子光折变材料研究进展 605

11.1概述 605

11.2高分子光折变材料的必要组分及性能表征 607

11.2.1高分子光折变材料的必要组分及相互间能级关系 607

11.2.2高分子光折变材料的性能表征 608

11.2.3外电场对高分子光折变材料的影响 611

11.3高分子光折变材料 611

11.3.1以非线性光学聚合物为基础的高分子光折变材料 612

11.3.2以光导性聚合物为基础的高分子光折变材料 616

11.3.3全功能型高分子光折变材料 619

11.3.4无定形小分子光折变材料 623

11.4高分子光折变材料中的取向增强作用 624

11.5高分子光折变材料展望 626

参考文献 627

第12章 分子基光功能配合物材料的光化学与光物理 631

12.1配合物中的电子激发态 631

12.1.1配体内的电荷跃迁 632

12.1.2金属中心的电荷跃迁 632

12.1.3配体到配体的电荷跃迁 632

12.1.4配体到金属的电荷跃迁 632

12.1.5金属到配体的电荷跃迁 633

12.1.6金属-金属到配体的电荷跃迁 633

12.1.7其他类型的电荷跃迁 633

12.2金属有机配合物的光取代反应机制 633

12.2.1压力对光诱导取代反应的影响 634

12.2.2M（CO）4（phen）和PR3的光诱导取代反应机制 635

12.3光致发光的Pt（Ⅱ）多联吡啶配合物 642

12.3.1多联吡啶Pt（Ⅱ）配合物的电子光谱 643

12.3.2光致发光多联吡啶Pt（Ⅱ）配合物 644

12.3.3光致发光多联吡啶Pt（Ⅱ）配合物的应用 645

12.4d10电子构型铜（Ⅰ）和金（Ⅰ）配合物的结构和光物理性质 648

12.4.1Cu（NN）2＋和Cu（PP）2＋类配合物 649

12.4.2光致近紫外高能发射的Au2（dcpm）2（Y）2（Y＝ClO-4、PF6-、CF3SO3-）配合物 651

参考文献 653

第13章 有机非线性光学材料与微纳米结构加工 661

13.1非线性光学效应的基本原理 661

13.1.1电介质中的光诱导极化和物质的非线性光学响应 661

13.1.2非线性光学效应与应用 662

13.2有机非线性光学材料 663

13.2.1有机非线性光学分子的分子设计 663

13.2.2有机二阶非线性光学材料 668

13.2.3有机三阶非线性光学材料 676

13.2.4有机高分子非线性光学材料应用 682

13.3激光微纳米结构加工技术与应用 682

13.3.1双光子过程 682

13.3.2激光微纳米加工的基本原理 683

13.3.3双光子聚合加工材料 684

13.3.4双光子微纳米结构加工 688

13.3.5微纳米结构的应用前景 692

参考文献 692

第14章 新型光存储原理、材料与器件 702

14.1光子型光存储的原理和类型 703

14.1.1光谱烧孔光存储 703

14.1.2电子俘获光存储 704

14.1.3光折变光存储 705

14.1.4光致变色光存储 705

14.2光子型光存储的记录方式 705

14.2.1斑点式 705

14.2.2矢量式 706

14.2.3阵列式 706

14.2.4全息光栅式 706

14.3有机和生物分子光致变色材料用于光存储 706

14.4可擦重写光致变色光盘 709

14.5双色光致变色材料双波长光存储 710

14.6光致各向异性用于光存储 713

14.7双光子三维光存储 717

14.7.1双光子三维光存储原理 717

14.7.2双光子三维光存储方式 718

14.7.3光致变色双光子三维光存储材料 719

14.8光子型光存储发展方向 721

参考文献 722

第15章 半导体纳米材料与复合材料 724

15.1概述 724

15.2过渡金属氧化物半导体光致变色材料 725

15.2.1简介 725

15.2.2MoO3、WO3的光致变色 726

15.2.3小结 732

15.3无机／有机复合光致变色材料 732

15.3.1光致变色机制 732

15.3.2多酸的烷基铵盐 734

15.3.3自组装多层光致变色超薄膜 735

15.3.4过渡金属多酸／高分子复合光致变色薄膜 740

15.3.5多酸／有机胺改性的二氧化硅纳米复合薄膜 744

15.4过渡金属氧化物的电致变色 745

15.4.1简介 745

15.4.2组成 746

15.4.3机制研究 750

15.4.4器件开发 753

15.4.5其他 755

15.4.6小结 756

15.5二氧化钛薄膜及纳米颗粒——环境治污明星 756

15.5.1简介 756

15.5.2实际应用 758

15.6半导体光诱导特性在绝缘体表面金属化的应用 760

15.7展望 762

参考文献 763

第16章 有机电致发光二极管的研究及其进展 774

16.1概述 774

16.2对OLED器件功能的评价和功率效率 777

16.3OLED的发展简史 780

16.3.1单层发光器件 780

16.3.2异质结OLED的出现 780

16.3.3能量转移和染料掺杂的OLED 782

16.4有关能量转移问题的讨论 783

16.5高分子的电致发光器件 785

16.6有关激子的形成和三重态磷光OLED 786

16.7蓝色三重态发光化合物的研究及吸热的能量转移 793

16.8有关提高器件量子产率的进一步讨论 801

16.9有关器件的输出耦合问题 802

16.10载流子的注入——决定器件功率效率的重要因素 803

16.10.1电极与有机层的接触及载流子的注入 803

16.10.2在电极与有机层间插入缓冲层以提高器件工作效率的问题 808

16.11有关OLED的老化和破坏问题 810

16.12结束语 812

参考文献 812

第17章 绿色能源化学——光电化学转换太阳能 815

17.1概述 815

17.2半导体材料 816

17.2.1能带结构和导电机制 816

17.2.2费米能级和平衡载流子的统计分布 817

17.2.3光吸收性质 818

17.2.4半导体／电解液界面性质 820

17.3纳米粒子半导体 822

17.3.1光学性质 822

17.3.2电学性质 825

17.4半导体光电化学电池 827

17.4.1光能转换为电能的光电化学过程 827

17.4.2能量转换效率 828

17.4.3光稳定性能 830

17.5纳晶半导体光电化学电池 831

17.5.1半导体纳晶薄膜电极的光电化学性能 832

17.5.2半导体纳晶薄膜电极的光谱敏化 835

参考文献 838