光化学和光物理---概念,研究和应用 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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编辑推荐

近几十年来，有关光化学和光物理领域的基础研究和应用探索都取得了非常重要的进展。非常有必要将该领域的新进展通过学术专著的形式加以系统地总结和阐述，而大部分同领域的相关专著往往都是集中于光化学和光物理学的基本概念，重点关注于一些有机小分子的光化学反应，尚不能全面地阐述本领域的新知识和进展。作为光化学领域的国际著名学者，意大利博洛尼亚大学巴尔扎尼教授等在这本学术专著中不仅介绍了光化学和光物理领域的原理性概念、典型有机分子体系的光化学反应，而且还介绍了许多金属有机化合物的光化学、光物理性能，也介绍了该领域国际的新研究前沿和成果：比如利用光信号进行信息存储的分子体系，使用太阳能转化为电能的分子体系，用于电致发光的有机分子等，非常全面和系统。

内容简介

全书共16章，涵盖了光化学和光物理的基本概念，以及目前研究和应用的一些例子。书中第1部分讨论了无机、有机分子以及超分子物质的激发态的形成、性质和反应性，还讨论了一些实验技术。第2部分着重于自然界和人工系统中的光化学和光物理过程，通过大量在自然界、工业和当前研究领域中的应用实例进行讨论，范围从天然光合作用到光电医学、聚合反应、材料的光保护、全息术、发光传感器、能量转换和储存以及可持续发展问题。
这本书是由具有丰富科研经验和教学写作技巧的优秀作者团队撰写，这给进入这个跨学科和快速发展领域的学生、教师和研究人员以明确的解答。

作者简介

Vincezo Balzani，意大利博洛尼亚大学化学教授，已经发表了关于光化学、超分子化学、分子机器以及太阳能转换领域的,6本书和550篇论文，H指数为87。他的研究享誉国际，获得了众多奖项，曾在国际学术会议上做大会报告和邀请报告超过300次。
Paola Ceroni，意大利博洛尼亚大学副教授，1998年在Allen J. Bard教授的实验室获得博洛尼亚大学化学科学博士学位。她的博士论文被授予意大利化学协会Semerano奖。目前的研究重点是分子和超分子系统，特别强调光活性树枝状聚合物和纳米材料的光化学和电化学。她已发表约140篇论文，任欧洲研究委员会启动研究基金首席研究员，负责开发用于太阳能转换的混合材料。
Alberto Juris，曾任博洛尼亚大学无机化学副教授。他的研究活动集中在单核和多核过渡金属化合物以及发光传感器的光化学和光物理过程，包括具有树枝状结构、太阳能转换过程和发光传感器的化合物。他已发表约100篇论文，其中，1988年发表的关于Ru（Ⅱ）聚吡啶配合物的综述文章被引用了3000多次。

目录

1简介001
1.1科学技术中的光化学和光物理001
1.2发展历史001
1.3化学和物理的一个新维度002
1.4光的本质004
1.5光的吸收006
1.6量子产率、效率、激发态反应性006
参考文献0082基本分子轨道理论010
2.1引言010
2.2氢原子010
2.3多电子原子012
2.4从原子到分子015
2.5同核双原子分子的电子构型018
2.6异核双原子分子的电子构型021
2.7简单多原子分子和群论基础022
2.7.1群论022
2.7.2水025
2.7.3氨027
2.8典型的有机分子028
2.8.1甲烷028
2.8.2乙烯030
2.8.3苯031
2.8.4甲醛033
2.9过渡金属配合物035
2.9.1基本概念035
2.9.2典型的金属配合物041
参考文献0443光吸收和激发态失活046
3.1光吸收046
3.1.1选择规则048
3.1.2对称选择规则048
3.1.3旋转选择规则049
3.1.4富兰克康顿（FranckCondon）原理050
3.1.5光化学反应的势能面的形象化051
3.2雅布隆斯基图053
3.3激发态失活055
3.3.1振动弛豫055
3.3.2非辐射失活056
3.3.3辐射失活058
……

前言/序言

神说：“要有光”，
于是就有了光。
神看光是好的。
（创世纪1,3,4）

光化学与光物理是从世界产生就形成的古老自然现象。我们的生活取决于一个自然的光化学和光物理过程，那就是光合作用。我们通过发生在我们眼中的光化学与光物理过程来获得周边的信息。
目前，光化学与光物理代表了光和物质界面，以及在化学、物理、材料科学、生态学、生物学、医学等多种学科交叉领域中的应用等方面的一个现代科学分支。在我们的日常生活中，从生产制造到医疗机构，身边充斥着通过光化学与光物理过程制造的产品和利用此过程进行运转的器件。
我们正在迈向以能量与信息为主要文明特征的未来。我们会利用光化学与光物理过程，将作为最终能源的太阳能转化为可利用的能源。对于未来的信息交流器件，通过运用光信号传输、存储和检索而达到装置小型化改造，并争取使结果达到分子级别。
根据当前的科学文献显示，随着新分子、新材料和新过程的发展，光化学与光物理的范畴也将进一步得到拓展。毫无疑问，光化学与光物理在科学技术中将扮演越来越重要的角色。
越来越多的研究人员进入到光与物质相互作用的研究领域，但是他们中的一些没有接受（也没有打算接受）过适当的训练。在化学实验室中，光通常被用作一种有效的手段，从而得到热反应中不能产生的物质。总的来说，研究员在光化学和光物理方面的基础知识还不完善，所以如何利用其原理在能量转换、信息技术、纳米技术和医学等领域开发出新颖独特的应用还有待进一步研究。
在过去的五年中，已经出版了一些有关光化学的教科书与参考书。然而，它们中的大部分是关于有机分子的光反应。在一些教科书中，激发态这些重要的基础知识只用几页就简单介绍完毕；而在其他的一部分书中，对于理论的介绍又赘述了太多无聊与不必要的数学讨论等细节。大多数可利用的书籍中忽视并且很少提及在理论和应用方面越来越受欢迎的金属配合物的光化学与光物理属性。并且，没有书籍强调光化学与光物理目前的趋势，例如： 利用光信号对信息实现读取、录入与消除，通过有机与无机太阳能电池实现太阳光与电能之间的转换，发光器件领域的发展，以及在人工光合作用方面的研究成果。
基于这些理由，我们认为有必要写一本书，内容包含： （1） 能清楚解释大多数重要分子类型的激发态性质的概念；（2） 展示近年来有关光化学与光物理的应用研究；（3） 开阔年轻研究者的眼界，并对光与物质的相互作用的研究提供发展的视野。
我们相信这本起源于我们在博洛尼亚大学对光化学与光物理长期教学经验而编纂的书，内容难易适中，可成为硕士研究生课程的基础教材，也可以成为那些在大学期间没有接受过这个领域的基础知识，但期望进入此领域的科学家们的参考书。目前在此领域的研究可能会为新的科学探索提出一定的建议。
本书的第1～4章涉及了光的性质，支配其与物质相互作用的原理、形成过程、电子结构、产生性质、化学反应，以及激发态的辐射和非辐射衰变等基础概念。每个概念都用比较重要类型的分子进行了参考解释。强调了与基态相比，具有特殊光物理、光化学性能的激发态是一种新的化学物质，从而使得光化学在化学领域中处于一个新的高度。
本书的第5章将上述概念拓展到了超分子（多元）体系，并在此体系的结构组织与各组件间的相互作用中扮演了基础角色。第6章介绍了有关光化学与光物理中能量转化和光致电子转移两个重要过程的基本概念与理论方法。第7章涉及有机光化学，解释了各大有机化合物家族的主要反应类型。第8章主要讲解了金属配合物的光化学和光物理，并强调这些化合物中一部分的优异的发光性能。第9章描述了光化学与光物理之间的关系，以及分子的电化学性质，并展示这些性能在光与化学能之间转换的应用。第10章对于光驱动的分子机器和器件进行了讨论，还提及了光与分子间读写、擦除信息的联系与其在分子逻辑门中的应用。并描述了多种基于能量转换、光致电子转移、光致异构化的分子机器（例如： 电线、开关、伸长导线、捕光天线），以及重要的光驱动分子器件（例如： 线性和旋转型马达）。第11章阐述了自然光合成中的光化学和光物理过程，并着重介绍了关于光合成中的水解过程和这些过程在人工光合成中的发展。第12章提供了光化学与光物理实验中所涉及的器件、技术、方法和参考数据，以此避免产生错误或误解。
第13～16章介绍了一些大家关注的热点话题。第13章举例介绍了光和人们生活之间的联系，讲解了从可见光开始，到暴露在紫外线中产生的伤害，光学治疗中的优势，环保过程的光催化，生物分子的荧光标记以及生物发光过程。第14章介绍了各种各样有关光化学与光物理的技术应用，包括： 光致变色材料，发光传感器（例如： 在风洞、温度感测器、血液样本分析、爆破物检测、化学毒剂等多个领域中的应用），光学增白剂，大气光化学，太阳能电池（最大电压、振荡器、染料敏化太阳能电池），电致发光材料（发光二极管、有机发光二极管、光能转换器），聚合物与光相互作用的应用（例如： 光降解、光老化、光刻蚀技术、立体光刻蚀技术），工业产品的光化学合成。第15章指出将光作为绿色化学合成中的理想试剂，并讲解在实验操作及实际应用中运用光的优势进行均相或多相间的光催化过程，例如污染整治过程。
在对光化学与光物理的基本概念以及其重要的自然与人工过程进行介绍之后，在第16章中，我们在近期众多的文献报道中为读者挑选介绍了10条能代表前沿方向的话题。对于这些例子的选择，不仅在于其内在价值，还由于其对光化学与光物理之间基础内容的指导意义。
在一些章节中，对于特别讨论的额外信息，将在文章中以列表的形式展现。本书的一个重要特征就是对内容的解释浅显易懂。本书也引用了近期报道的一些文章（截止到2013年年中）。
在最后，我们想对科学、社会以及我们所生活的地球表达一些感想，包括对自然资源的快速消耗［1］、气候变化［2］、能源危机［3］、环境恶化［46］等问题的关心。到现在，人类已经从地球上开采了大量的资源［7］，我们需要扭转这个趋势［8］，并创造新资源。总体来说，我们对丰富、取之不尽、持续的太阳能是能够利用的。从海水和大气的基本组成来看（氮、氧、二氧化碳），我们可以通过阳光来制造生活所需的燃料、电力、纯净水、聚合物、食物以及其他东西［9］，在这些方面光化学与光物理便可以帮助我们。人类的后代也许能够通过智慧获得资源偿还给地球。但我们不能忘记，在不同国家内部或者国与国之间持续增长的差距下引起的社会不可持续性，是比生态不可持续性更影响我们生活的因素。确实，科学是有利于人类的，但是仅有科学和技术是不能将人类带向一个公正、公开、负责、友好、团结、和平的社会的。有责任心的科学家在对新科学技术进行创造的同时，也应该扮演好一个有知识、有道德的好公民［10］。他们需要教学生什么是科学，也要教什么科学是有价值的。正如爱因斯坦所说：“对人类自身及其命运的关注，必须始终成为所有技术努力的主要目标……永远不要忘记将其展示在你的图表和方程式中。” 无论可预见的科技发展如何，我们都需要科学家将科学技术运用于和平而不是战争，用于减少贫困而不是维持特权，用于保护而不是破坏我们赖以生存的地球。
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