光化學和光物理---概念,研究和應用 epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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編輯推薦

近幾十年來，有關光化學和光物理領域的基礎研究和應用探索都取得瞭非常重要的進展。非常有必要將該領域的新進展通過學術專著的形式加以係統地總結和闡述，而大部分同領域的相關專著往往都是集中於光化學和光物理學的基本概念，重點關注於一些有機小分子的光化學反應，尚不能全麵地闡述本領域的新知識和進展。作為光化學領域的國際著名學者，意大利博洛尼亞大學巴爾紮尼教授等在這本學術專著中不僅介紹瞭光化學和光物理領域的原理性概念、典型有機分子體係的光化學反應，而且還介紹瞭許多金屬有機化閤物的光化學、光物理性能，也介紹瞭該領域國際的新研究前沿和成果：比如利用光信號進行信息存儲的分子體係，使用太陽能轉化為電能的分子體係，用於電緻發光的有機分子等，非常全麵和係統。

內容簡介

全書共16章，涵蓋瞭光化學和光物理的基本概念，以及目前研究和應用的一些例子。書中第1部分討論瞭無機、有機分子以及超分子物質的激發態的形成、性質和反應性，還討論瞭一些實驗技術。第2部分著重於自然界和人工係統中的光化學和光物理過程，通過大量在自然界、工業和當前研究領域中的應用實例進行討論，範圍從天然光閤作用到光電醫學、聚閤反應、材料的光保護、全息術、發光傳感器、能量轉換和儲存以及可持續發展問題。
這本書是由具有豐富科研經驗和教學寫作技巧的優秀作者團隊撰寫，這給進入這個跨學科和快速發展領域的學生、教師和研究人員以明確的解答。

作者簡介

Vincezo Balzani，意大利博洛尼亞大學化學教授，已經發錶瞭關於光化學、超分子化學、分子機器以及太陽能轉換領域的,6本書和550篇論文，H指數為87。他的研究享譽國際，獲得瞭眾多奬項，曾在國際學術會議上做大會報告和邀請報告超過300次。
Paola Ceroni，意大利博洛尼亞大學副教授，1998年在Allen J. Bard教授的實驗室獲得博洛尼亞大學化學科學博士學位。她的博士論文被授予意大利化學協會Semerano奬。目前的研究重點是分子和超分子係統，特彆強調光活性樹枝狀聚閤物和納米材料的光化學和電化學。她已發錶約140篇論文，任歐洲研究委員會啓動研究基金首席研究員，負責開發用於太陽能轉換的混閤材料。
Alberto Juris，曾任博洛尼亞大學無機化學副教授。他的研究活動集中在單核和多核過渡金屬化閤物以及發光傳感器的光化學和光物理過程，包括具有樹枝狀結構、太陽能轉換過程和發光傳感器的化閤物。他已發錶約100篇論文，其中，1988年發錶的關於Ru（Ⅱ）聚吡啶配閤物的綜述文章被引用瞭3000多次。

目錄

1簡介001
1.1科學技術中的光化學和光物理001
1.2發展曆史001
1.3化學和物理的一個新維度002
1.4光的本質004
1.5光的吸收006
1.6量子産率、效率、激發態反應性006
參考文獻0082基本分子軌道理論010
2.1引言010
2.2氫原子010
2.3多電子原子012
2.4從原子到分子015
2.5同核雙原子分子的電子構型018
2.6異核雙原子分子的電子構型021
2.7簡單多原子分子和群論基礎022
2.7.1群論022
2.7.2水025
2.7.3氨027
2.8典型的有機分子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過渡金屬配閤物035
2.9.1基本概念035
2.9.2典型的金屬配閤物041
參考文獻0443光吸收和激發態失活046
3.1光吸收046
3.1.1選擇規則048
3.1.2對稱選擇規則048
3.1.3鏇轉選擇規則049
3.1.4富蘭剋康頓（FranckCondon）原理050
3.1.5光化學反應的勢能麵的形象化051
3.2雅布隆斯基圖053
3.3激發態失活055
3.3.1振動弛豫055
3.3.2非輻射失活056
3.3.3輻射失活058
……

前言/序言

神說：“要有光”，
於是就有瞭光。
神看光是好的。
（創世紀1,3,4）

光化學與光物理是從世界産生就形成的古老自然現象。我們的生活取決於一個自然的光化學和光物理過程，那就是光閤作用。我們通過發生在我們眼中的光化學與光物理過程來獲得周邊的信息。
目前，光化學與光物理代錶瞭光和物質界麵，以及在化學、物理、材料科學、生態學、生物學、醫學等多種學科交叉領域中的應用等方麵的一個現代科學分支。在我們的日常生活中，從生産製造到醫療機構，身邊充斥著通過光化學與光物理過程製造的産品和利用此過程進行運轉的器件。
我們正在邁嚮以能量與信息為主要文明特徵的未來。我們會利用光化學與光物理過程，將作為最終能源的太陽能轉化為可利用的能源。對於未來的信息交流器件，通過運用光信號傳輸、存儲和檢索而達到裝置小型化改造，並爭取使結果達到分子級彆。
根據當前的科學文獻顯示，隨著新分子、新材料和新過程的發展，光化學與光物理的範疇也將進一步得到拓展。毫無疑問，光化學與光物理在科學技術中將扮演越來越重要的角色。
越來越多的研究人員進入到光與物質相互作用的研究領域，但是他們中的一些沒有接受（也沒有打算接受）過適當的訓練。在化學實驗室中，光通常被用作一種有效的手段，從而得到熱反應中不能産生的物質。總的來說，研究員在光化學和光物理方麵的基礎知識還不完善，所以如何利用其原理在能量轉換、信息技術、納米技術和醫學等領域開發齣新穎獨特的應用還有待進一步研究。
在過去的五年中，已經齣版瞭一些有關光化學的教科書與參考書。然而，它們中的大部分是關於有機分子的光反應。在一些教科書中，激發態這些重要的基礎知識隻用幾頁就簡單介紹完畢；而在其他的一部分書中，對於理論的介紹又贅述瞭太多無聊與不必要的數學討論等細節。大多數可利用的書籍中忽視並且很少提及在理論和應用方麵越來越受歡迎的金屬配閤物的光化學與光物理屬性。並且，沒有書籍強調光化學與光物理目前的趨勢，例如： 利用光信號對信息實現讀取、錄入與消除，通過有機與無機太陽能電池實現太陽光與電能之間的轉換，發光器件領域的發展，以及在人工光閤作用方麵的研究成果。
基於這些理由，我們認為有必要寫一本書，內容包含： （1） 能清楚解釋大多數重要分子類型的激發態性質的概念；（2） 展示近年來有關光化學與光物理的應用研究；（3） 開闊年輕研究者的眼界，並對光與物質的相互作用的研究提供發展的視野。
我們相信這本起源於我們在博洛尼亞大學對光化學與光物理長期教學經驗而編纂的書，內容難易適中，可成為碩士研究生課程的基礎教材，也可以成為那些在大學期間沒有接受過這個領域的基礎知識，但期望進入此領域的科學傢們的參考書。目前在此領域的研究可能會為新的科學探索提齣一定的建議。
本書的第1～4章涉及瞭光的性質，支配其與物質相互作用的原理、形成過程、電子結構、産生性質、化學反應，以及激發態的輻射和非輻射衰變等基礎概念。每個概念都用比較重要類型的分子進行瞭參考解釋。強調瞭與基態相比，具有特殊光物理、光化學性能的激發態是一種新的化學物質，從而使得光化學在化學領域中處於一個新的高度。
本書的第5章將上述概念拓展到瞭超分子（多元）體係，並在此體係的結構組織與各組件間的相互作用中扮演瞭基礎角色。第6章介紹瞭有關光化學與光物理中能量轉化和光緻電子轉移兩個重要過程的基本概念與理論方法。第7章涉及有機光化學，解釋瞭各大有機化閤物傢族的主要反應類型。第8章主要講解瞭金屬配閤物的光化學和光物理，並強調這些化閤物中一部分的優異的發光性能。第9章描述瞭光化學與光物理之間的關係，以及分子的電化學性質，並展示這些性能在光與化學能之間轉換的應用。第10章對於光驅動的分子機器和器件進行瞭討論，還提及瞭光與分子間讀寫、擦除信息的聯係與其在分子邏輯門中的應用。並描述瞭多種基於能量轉換、光緻電子轉移、光緻異構化的分子機器（例如： 電綫、開關、伸長導綫、捕光天綫），以及重要的光驅動分子器件（例如： 綫性和鏇轉型馬達）。第11章闡述瞭自然光閤成中的光化學和光物理過程，並著重介紹瞭關於光閤成中的水解過程和這些過程在人工光閤成中的發展。第12章提供瞭光化學與光物理實驗中所涉及的器件、技術、方法和參考數據，以此避免産生錯誤或誤解。
第13～16章介紹瞭一些大傢關注的熱點話題。第13章舉例介紹瞭光和人們生活之間的聯係，講解瞭從可見光開始，到暴露在紫外綫中産生的傷害，光學治療中的優勢，環保過程的光催化，生物分子的熒光標記以及生物發光過程。第14章介紹瞭各種各樣有關光化學與光物理的技術應用，包括： 光緻變色材料，發光傳感器（例如： 在風洞、溫度感測器、血液樣本分析、爆破物檢測、化學毒劑等多個領域中的應用），光學增白劑，大氣光化學，太陽能電池（最大電壓、振蕩器、染料敏化太陽能電池），電緻發光材料（發光二極管、有機發光二極管、光能轉換器），聚閤物與光相互作用的應用（例如： 光降解、光老化、光刻蝕技術、立體光刻蝕技術），工業産品的光化學閤成。第15章指齣將光作為綠色化學閤成中的理想試劑，並講解在實驗操作及實際應用中運用光的優勢進行均相或多相間的光催化過程，例如汙染整治過程。
在對光化學與光物理的基本概念以及其重要的自然與人工過程進行介紹之後，在第16章中，我們在近期眾多的文獻報道中為讀者挑選介紹瞭10條能代錶前沿方嚮的話題。對於這些例子的選擇，不僅在於其內在價值，還由於其對光化學與光物理之間基礎內容的指導意義。
在一些章節中，對於特彆討論的額外信息，將在文章中以列錶的形式展現。本書的一個重要特徵就是對內容的解釋淺顯易懂。本書也引用瞭近期報道的一些文章（截止到2013年年中）。
在最後，我們想對科學、社會以及我們所生活的地球錶達一些感想，包括對自然資源的快速消耗［1］、氣候變化［2］、能源危機［3］、環境惡化［46］等問題的關心。到現在，人類已經從地球上開采瞭大量的資源［7］，我們需要扭轉這個趨勢［8］，並創造新資源。總體來說，我們對豐富、取之不盡、持續的太陽能是能夠利用的。從海水和大氣的基本組成來看（氮、氧、二氧化碳），我們可以通過陽光來製造生活所需的燃料、電力、純淨水、聚閤物、食物以及其他東西［9］，在這些方麵光化學與光物理便可以幫助我們。人類的後代也許能夠通過智慧獲得資源償還給地球。但我們不能忘記，在不同國傢內部或者國與國之間持續增長的差距下引起的社會不可持續性，是比生態不可持續性更影響我們生活的因素。確實，科學是有利於人類的，但是僅有科學和技術是不能將人類帶嚮一個公正、公開、負責、友好、團結、和平的社會的。有責任心的科學傢在對新科學技術進行創造的同時，也應該扮演好一個有知識、有道德的好公民［10］。他們需要教學生什麼是科學，也要教什麼科學是有價值的。正如愛因斯坦所說：“對人類自身及其命運的關注，必須始終成為所有技術努力的主要目標……永遠不要忘記將其展示在你的圖錶和方程式中。” 無論可預見的科技發展如何，我們都需要科學傢將科學技術運用於和平而不是戰爭，用於減少貧睏而不是維持特權，用於保護而不是破壞我們賴以生存的地球。

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