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第1章　分子轨道与吸收光谱 1

1.1　有机化合物的分子轨道 1

1.1.1　轨道相互作用原理 1

1.1.2　吸电子取代基对于共轭体系前线轨道的影响 3

1.1.3　推电子取代基对于共轭体系前线轨道的影响 5

1.1.4　共轭取代基对于共轭体系前线轨道的影响 6

1.1.5 具有推拉电子取代基的D-π-A型分子 7

1.2　配位化合物的前线轨道 7

1.2.1　第一种配位体的正八面体配合物 8

1.2.2　第二种配位体的正八面体配合物 10

1.2.3　第三种配位体的正八面体配合物 13

1.2.4　金属卟啉 14

1.3　吸收光谱的原理 17

1.3.1　辐射的吸收和Lambert-Beer定律 17

1.3.2　辐射跃迁的选择定则和吸收强度 19

1.3.3　Franck-Condon原理和谱带形状 21

1.3.4　溶剂对于吸收光谱的影响 21

1.3.5　聚集作用对于吸收光谱的影响 21

1.4　有机化合物的吸收光谱 21

1.4.1　共轭多烯 22

1.4.2　链状D-π-A型分子 23

1.4.3　偶氮苯衍生物 24

1.4.4　苯及取代苯 25

1.5　配位化合物的吸收光谱 25

1.5.1　过渡金属配合物的d→d吸收带 26

1.5.2　过渡金属配合物的电荷转移吸收带 27

1.5.3　金属卟啉的吸收光谱 30

参考文献 31

第2章　分子激发态的命运——光物理和光化学过程 33

2.1　激发态的光物理和光化学行为 33

2.1.1　激发态的能量耗散机制 33

2.1.2　辐射与无辐射跃迁的速率 34

2.1.3　无辐射跃迁的选择定则 36

2.1.4　光化学反应 37

2.2　发射光谱 37

2.2.1　辐射的发射与荧光光谱的测试 37

2.2.2 Franck-Condon原理和电子光谱的形状 38

2.2.3　二萘嵌苯、二苯甲酮和蒽的发射光谱 39

2.2.4　Ru（bpy）？ 衍生物的发射光谱 40

2.3　激发态的猝灭和激基缔合物的光物理 41

2.3.1　激发态的猝灭 41

2.3.2　吡的激基缔合物的势能图 42

2.3.3　吡的吸收光谱和稳态发射光谱 43

2.3.4　吡的时间分辨荧光光谱 44

2.4　激发态的能量转移 45

2.4.1　激发态的能量转移机制 45

2.4.2 Ru（bpy）？→Cr（CN）？→O2的能量转移 47

2.4.3　3C？（T1）与分子氧的能量转移 48

2.5　激发态的电子转移 48

2.5.1　首次电子转移的热力学 48

2.5.2　首次电子转移的动力学 51

2.5.3　光诱导电荷分离和电子传递 53

参考文献 55

第3章　有机光化学反应 56

3.1　顺-反异构化反应 56

3.1.1　光化学的无辐射跃迁势能示意图 56

3.1.2　烯烃的顺-反异构化反应 58

3.1.3　共轭多烯的顺-反异构化反应 60

3.1.4　偶氮苯的顺-反异构化 62

3.2　苯的价键异构化反应 63

3.3　光环化与光开环 66

3.3.1　二芳基乙烯的光环化反应 66

3.3.2　俘精酸酐的光环化 66

3.4　光致变色 67

3.4.1　光致变色的特点 67

3.4.2　螺吡喃和螺噁嗪的光致变色 67

3.4.3　俘精酸酐的光致变色 71

3.4.4　二芳基乙烯的光致变色 71

3.4.5　希夫碱的光致变色 72

3.5　羰基化合物的光化学反应 73

3.5.1　光反应原初过程中轨道相互作用 73

3.5.2　氢提取反应 74

3.5.3　与胺的电子提取反应 75

3.5.4　与富电子烯的环加成反应 75

3.5.5　与缺电子烯的环加成反应 75

3.6　［2＋2］环加成 76

3.7　电子转移反应 78

3.7.1 3C？与NADH型分子的光氧化-还原反应 78

3.7.2　3C？与AcrH2的光氧化-还原反应 79

3.7.3　3C？与胺的反应 80

3.7.4 聚噻吩衍生物PCBET的光降解 81

3.7.5　C60与聚噻吩的二重光诱导电子转移 82

参考文献 83

第4章　无机和半导体材料的光化学与光电化学 85

4.1　配位化合物的光化学 85

4.1.1　d→d＊激发态的光化学行为 85

4.1.2　MLCT激发态的光化学行为 87

4.1.3 LMCT激发态的光化学行为 88

4.1.4　金属卟啉衍生物的光化学行为 89

4.2　半导体材料的光物理 90

4.2.1　半导体材料的能级结构 90

4.2.2　半导体材料的光吸收 91

4.2.3　半导体材料的吸收光谱和量子尺寸效应 92

4.2.4　半导体材料的发射光谱 94

4.3　半导体材料的光化学 97

4.3.1 半导体材料的光诱导电荷分离 97

4.3.2　半导体材料的光诱导氧化还原作用 99

4.3.3　紫精衍生物的光催化还原 101

4.3.4　 OH￣、SCN￣和X￣的光催化氧化 103

4.4　TiO2微粒的光催化 103

4.4.1 PB/TiO2/CH3OH体系的光诱导氧化还原 104

4.4.2　光催化分解水 104

4.4.3　CO2的光催化还原 105

4.4.4　光催化氧化分解有机污染物 105

4.4.5　茜素／TiO2纳米晶薄膜 106

4.4.6　CdS/TiO2复合半导体 107

4.5　半导体材料的光电化学 107

4.5.1 TiO2纳米晶电极 108

4.5.2　联吡啶钌衍生物／TiO2纳米晶电极 110

4.5.3　CdSe纳米棒和P3HT混合物光电池 112

参考文献 114

第5章　激光化学与分子动态学 115

5.1　化学反应的激光控制 115

5.1.1　模式选择的化学 116

5.1.2　立体动态学的控制 117

5.1.3　量子控制 119

5.2　来自分子光离解的自旋极化氢原子 122

5.3　强激光光场与物质的相互作用 124

5.4　气相离子亲核位移反应动态学 127

5.4.1 动力学 128

5.4.2　微溶剂化 130

5.5　氢键网络的分子动态学 131

5.6　从单量子态的碳隧穿 135

5.7　化学反应动态学的量子理论 139

5.7.1　量子反应动态学 140

5.7.2　简单反应 140

5.7.3　多原子反应 141

5.7.4　时间分辨动态学 143

参考文献 144

第6章　飞秒化学 145

6.1 超短脉冲激光的发展 145

6.2　飞秒激光系统 145

6.3 飞秒激光与分子束的联合装置 146

6.4 飞秒化学的研究范畴 148

6.5　飞秒化学研究的范例 151

6.5.1 化学键断裂的动态学 151

6.5.2　NaI研究中的发现 153

6.5.3 马鞍形点的过渡态 153

6.5.4　测不准原理的论点 157

6.5.5　双分子反应，成键和断键 157

6.5.6　有机化学的反应 158

6.5.7　电子和质子转移 159

6.5.8　无机和大气化学 160

6.5.9　介观相：团簇和纳米结构 162

6.5.10　凝聚相：浓流体、液体和高分子 163

6.6　新研究领域的探索 165

6.6.1 从超快速电子衍射（UED）探察瞬态结构 165

6.6.2 反应控制 166

6.6.3　生物动态学 169

6.7 飞秒化学引入的一些新理念 171

6.7.1 时间分辨——达到过渡态的极限 171

6.7.2　原子尺度的分辨 172

6.7.3　方法的普遍性 172

6.7.4　关于物理和化学的几个概念 172

参考文献 175

第7章　有机分子体系的光电子转移催化 176

7.1 光电子转移催化反应的类型 176

7.2　光电子转移催化反应的例子 178

7.2.1 光电子转移催化取代反应 178

7.2.2　光电子转移催化异构化反应 179

7.2.3　环加成和开环 180

参考文献 182

第8章　超分子组装体系的光物理和光化学过程 183

8.1 非共价相互作用诱导的超分子组装体系 183

8.2　超分子组装体系的光物理和光化学过程 185

8.2.1　超分子的光化学 185

8.2.2 无机超分子组装体的光化学和光物理过程 187

8.2.3　有机超分子组装体的光化学和光物理过程 190

8.3 有机纳米晶的光化学和光物理过程 196

参考文献 203

第9章　光和表面与界面化学 205

9.1 真实表面 205

9.1.1　表面态的寿命 206

9.2 吸附表面 207

9.2.1　吸附过渡态 209

9.2.2　在金属表面的水分子 212

9.2.3　在疏水表面上的水分子 216

9.3　光活性表面 218

9.3.1 电子转移 218

9.3.2　光诱导生成双亲性表面 220

9.3.3 在光活性表面上光驱动液体的运动 222

9.4　表面化学反应 225

9.4.1　化学诱导激发 225

9.4.2　振动激发 227

参考文献 229

第10章　摄影感光材料化学 231

10.1　银盐感光材料 231

10.1.1 卤化银 231

10.1.2　成像原理 235

10.1.3 彩色显影 237

10.2　影响感光度的主要因素 240

10.2.1 光吸收 240

10.2.2　潜影形成效率 244

10.2.3　最小潜影中心的尺寸 248

10.3　非银盐影像材料 249

10.3.1 感光树脂 249

10.3.2　重氮盐成像材料 251

10.3.3 自由基照相 252

10.4　电子照相技术 255

10.4.1　电子相机 256

10.4.2　电子打印技术 258

参考文献 262

第11章　光信息存储材料和技术 265

11.1　光存储介质——有机光致变色材料 266

11.1.1　光致变色染料体系 267

11.1.2　非染料体系的光致变色有机分子衍生物 269

11.1.3　光致变色液晶共聚物 272

11.2　无机光质变色材料 273

11.2.1　WO3和MoO3的光致变色性能 274

11.2.2　WO3和MoO3的无机复合体系 276

11.2.3　WO3和MoO3的有机复合体系 277

11.3　生物光致变色材料——视紫红质 278

11.3.1 细菌视紫红质（BR）的结构和生物功能 278

11.3.2　视紫红质的应用 280

11.3.3　BR的光致变色分子材料 280

11.3.4　BR在信息存储方面的应用 282

11.4　新型光信息存储技术 284

11.4.1　突破衍射局限——SIL和SNOM 285

11.4.2　纳米孔 286

11.4.3　多级存储 287

11.4.4　全息存储 288

11.4.5　杂化记录 289

11.4.6　非热效应型光学存储机制 289

11.4.7　小结 291

参考文献 292

第12章　纳米晶光电化学太阳能转换 295

12.1 电化学太阳能电池的发展 295

12.2　太阳光谱 296

12.3　光电化学太阳能电池的评价参数 297

12.4　半导体的电子性质 298

12.4.1　带边位置 298

12.4.2　空间电荷层和带弯 299

12.4.3　平带电位 301

12.4.4　半导体的光致电荷分离 302

12.5　染料敏化纳米晶光电化学太阳能电池的结构和工作原理 303

12.5.1 p-n结固态太阳能电池的结构和工作原理 303

12.5.2　染料敏化纳米晶光电化学太阳能电池（DSC）的结构 304

12.5.3 染料敏化纳米晶光电化学太阳能电池的能带结构和工作原理 304

12.6　纳米晶半导体电极 305

12.6.1　纳米晶半导体电极的特点 305

12.6.2　纳米晶半导体电极的制备 306

12.6.3　纳米晶半导体电极的光致电荷分离 307

12.6.4　核壳、混合半导体电极对光生电荷复合的抑制 308

12.7　敏化剂 311

12.7.1　敏化剂的特点 311

12.7.2　敏化剂在半导体电极表面的吸附 311

12.7.3　多吡啶钌络合物敏化剂 312

12.7.4　有机染料敏化剂 313

12.7.5　窄带隙半导体敏化剂 315

12.8 电解质 315

12.8.1　液体电解质 315

12.8.2　空穴传输材料 316

12.8.3　p-型半导体材料 316

12.8.4　高分子凝胶电解质 317

12.8.5　室温离子液体电解质 318

12.9　结论 319

参考文献 320

第13章　光合作用 324

13.1　紫色光合细菌的光反应中心 324

13.1.1　光反应中心的立体结构 325

13.1.2　RC的光诱导电荷分离和电子传递 327

13.1.3　类胡萝卜素的光保护作用 329

13.2　紫色光合细菌的光系统 329

13.2.1　LH-Ⅱ的结构 330

13.2.2　紫色光合细菌的光系统 331

13.2.3　光系统中能量转移 332

13.3　光系统Ⅱ和光系统Ⅰ 332

13.3.1　PSⅡ的RC 332

13.3.2　LHC-Ⅱ的结构与能量转移 333

13.3.3　PSⅠ的RC和核心聚光天线复合物 334

13.4　植物光合作用中电子转移和质子转移 336

13.4.1　类囊膜上光电子和质子转移 336

13.4.2　PSⅠ、PSⅡ和紫色光合细菌的氧化还原性质 337

13.4.3　植物光反应中电子传递 337

13.4.4　植物光反应中质子传递和光合磷酸化 339

参考文献 340