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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OLED782

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OLED786

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