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第一章 绪论 1

1.1 光电催化化学的涵义和研究对象 1

1.2 光电催化化学的发展简史 1

1.3 光电催化化学研究的战略意义 3

1.4 光电催化化学的发展趋势 4

第二章 理论基础 5

2.1 概述 5

2.2 理论纲要 5

2.2.1 电子轨道、组态和状态 5

2.2.2 光诱导反应和热电子转移反应 19

2.3 光电催化量子化学 40

2.3.1 光的作用和本质 40

2.3.2 光的量子理论 41

2.3.3 电子的作用和本质 50

2.3.4 电子的量子理论 51

2.3.5 原子的作用和本质 54

2.3.6 原子的量子理论 55

2.3.7 分子中的原子 68

2.3.8 分子的作用和本质 99

2.3.9 分子的量子理论 99

2.3.10 光电催化的作用和本质 104

2.3.11 光电催化的量子理论 104

2.4 现代分子光电催化化学 110

2.4.1 引言 110

2.4.2 分子动力学 110

2.4.3 分子反应动态学 128

2.4.4 分子力能学 130

3.2.1 反应的分类 131

3.2 反应分类 131

第三章 光电催化反应和催化剂 131

3.1 概述 131

3.2.2 催化剂的组成 133

3.2.3 催化剂的分类方法 133

3.3 催化剂的作用 134

3.3.1 定义 134

3.3.2 选择性 134

3.3.3 动态性质 134

3.3.4 催化剂的分类 135

3.3.5 光电催化作用的化学基础 136

3.4 反应热力学 138

3.4.1 引言 138

3.4.2 热力学参数差的计算 138

3.4.4 相关活化参数的物理意义 139

3.4.3 热力学活化参数的计算 139

3.5 反应动力学 140

3.5.1 引言 140

3.5.2 反应速率的表示法 140

3.5.3 动力学参数及其相互关系 140

3.5.4 线性自由能关系与物质的反应性 143

3.6 光电催化动力学 143

3.6.1 引言 143

3.6.2 组织适配中催化能量和电子转移动力学 143

第四章 量子光电催化动力学 152

4.1 概述 152

4.2 光电发射进入真空中的速度 153

4.3 电场存在下光电发射进入真空中的速度 156

4.4 电解溶液中的光电发射速度的量子力学理论 158

4.5 光电化学动力学理论 161

4.6 半导体电极的光电效应 173

4.7 全电池体系 181

4.7.1 电极和电池电势之间的关系 181

4.7.2 TiO2光电催化驱动电池产生氢的速度的计算 182

4.7.3 半导体-电解质界面的Gurevich模型 183

4.8 量子光电催化电极动力学 184

4.8.1 引言 184

4.8.2 电化学电流密度和Tafel行为的量子理论 185

4.8.3 热模型和连续介质模型处理的速率-过电势关系 185

4.8.4 光谱和电化学跃迁之间的关系 189

4.8.5 电子转移过程中的绝热性和非绝热性 191

4.8.6 电极上电子转移的含时微扰理论 195

第五章 有机光电催化化学 206

5.1 概述 206

5.2 有机光电催化反应的定性理论 206

5.2.1 态相关对反应坐标能垒的作用 207

5.2.2 特殊结构参数之间的关系 207

5.3 最大正轨道重叠原理 207

5.4 轨道相互作用 208

5.5 轨道和状态相关图 209

5.6 反应坐标的选择与电子轨道和状态及其相关图的构造 210

5.7 协同光电催化周环反应的典型状态相关图 211

5.8 内含双自由基中间物的状态相关图 211

5.9 非协同光电催化反应的典型状态相关图：内含反应中间物（双自由基和两性离子） 213

5.10 酮α裂解的状态相关图 214

5.11 π，π＊和n，π＊态初级光电催化反应的标准趋势 215

5.12 反应图的能曲面 216

5.13 实验方法示例 217

第六章 无机光电催化化学 220

6.1 概述 220

6.2 主族元素 220

6.2.1 阴离子 220

6.2.2 碱金属和碱土金属 220

6.2.3 硼 220

6.2.4 硅 221

6.2.5 氮、磷和砷 221

6.2.6 氧、硫、硒和碲 221

6.3.2 钛 222

6.3.1 引言 222

6.3 过渡金属络合物 222

6.2.7 卤素 222

6.3.3 钒 223

6.3.4 铬和钼 223

6.3.5 锰和铼 223

6.3.6 铁 223

6.3.7 钌 224

6.3.8 锇 224

6.3.9 铱 225

6.3.10 钴 225

6.3.11 铑 225

6.3.12 镍 225

6.3.13 钯和铂 225

6.3.14 铜 225

6.4.1 钛 226

6.4 过渡金属有机化合物 226

6.4.2 铌 226

6.4.3 铬、钼和钨 226

6.3.16 铀系 226

6.3.15 镧系 226

6.3.17 锕系 226

6.4.4 锰 227

6.4.5 铁 227

6.4.6 钌 227

6.4.7 锇 228

6.4.8 钴 228

6.4.9 铑 228

6.4.10 镍 228

6.4.11 钯 228

6.4.12 铂 228

6.4.13 铜 228

6.5.1 二氧化碳氢化 229

6.5.2 二氧化碳的光电催化还原 229

6.4.15 锌 229

6.5 二氧化碳的固定 229

6.4.14 银 229

6.6 氮的固定 230

6.6.1 引言 230

6.6.2 催化体系 230

第七章 半导体光电催化化学 233

7.1 概述 233

7.2 定义 233

7.3 半导体的化学物理基础 233

7.3.1 化学基础 233

7.3.2 物理基础 234

7.4 表面态 236

7.4.1 表面的性质与制备 236

7.4.2 表面态 238

7.5 半导体-气体体系 239

7.5.1 性质 239

7.5.2 电势定义和关系式 239

7.5.3 空间电荷区域 241

7.6 半导体的光电催化效应 241

7.7 理论基础 242

7.8 光电催化化学电池的设计 251

7.8.1 引言 251

7.8.2 材料选择 251

7.8.3 关键方程解 252

7.8.4 影响电池设计的因素 253

7.9 粉末半导体分解水 253

7.10 催化有机化合物的反应 254

7.11.2 理论 256

7.11.1 引言 256

7.11 光电催化动力学 256

7.11.3 实用装置 261

7.11.4 氧化还原配对发电 262

7.11.5 二氧化碳还原 262

7.11.6 氯气的制备 262

7.11.7 实用体系 262

7.11.8 通用光电催化化学反应器 264

第八章 聚合物光电催化化学 266

8.1 概述 266

8.2 聚合 266

8.2.1 加成聚合 266

8.2.2 缩合与接枝 272

8.2.3 交联 274

8.3 光的性质和发光性质 274

8.4.1 聚烯烃 276

8.4 降解和氧化 276

8.4.3 聚苯乙烯 277

8.4.4 聚酯和聚醛 277

8.4.2 聚氯乙烯 277

8.4.5 聚酰胺 279

8.4.6 聚氨基甲酸乙酯 279

8.4.7 聚氧苯和聚砜 279

8.4.8 橡胶 279

8.4.9 天然聚合物 280

8.4.10 其他聚合物 280

8.5 光电催化降解聚合物 281

8.5.1 光电催化活化加成物 281

8.5.2 光敏聚合物 281

8.6 光电催化稳定化作用 282

8.7 染料和颜料聚合物 284

9.2 吡咯的光电催化聚合 285

9.2.1 导电聚合物的新奇作用 285

第九章 导电聚合物的光电催化化学 285

9.1 概述 285

9.2.2 吡咯聚合 286

9.3 能量转换的光电催化化学 291

9.3.1 引言 291

9.3.2 光解问题的对策 291

9.3.3 光电催化化学能量转换 291

9.3.4 导电聚合物在光电催化化学池中的应用 293

9.4 导电聚合物的光电催化性质 298

9.4.1 引言 298

9.4.2 电子授体-受体络合物的催化作用 299

9.4.3 半导体聚合物的电催化作用 300

9.4.4 半导体聚合物的光催化作用 301

9.5.2 光电催化装置：原理和定义 303

9.5 导电聚合物的光电催化作用 303

9.5.1 引言 303

9.5.3 光电催化加速水裂解 306

9.6 控制界面的指导路线 307

第十章 光电催化储能的理论与实践 309

10.1 概述 309

10.2 光电催化诱导和热电子转移反应 311

10.2.1 量子理论近似 311

10.2.2 相关速度常数 312

10.3 光电催化分解水原理 312

10.3.1 引言 312

10.3.2 相关自组织和光诱导电荷分离 312

10.3.3 人工模拟绿色植物光体系Ⅱ裂解 314

10.3.4 胶体半导体 317

10.3.5 结论 328

10.3.6 水的还原和氢的生成 329

10.3.7 水的氧化和氧的生成 343

10.3.8 取自水的氢 354

10.3.9 简要评价 362

10.4 卟啉在天然合成和人工合成中的作用 362

10.4.1 引言 362

10.4.2 天然合成 363

10.4.3 光获得 366

10.5 光电催化作用和光合成中的半导体微粒体系 367

10.5.1 引言 367

10.5.2 半导体粉末和分散体的能带模型和氧化还原过程 368

10.5.3 纯半导体粉末分散体的光电催化过程 370

10.6 光电催化化学发展前景 375

主要参考文献 376