Photochemistry and Photophysics of Metal Complexes (Modern Inorganic Chemistry) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:D.M. Roundhill

出品人:

页数:368

译者:

出版时间:1994-08-31

价格:USD 162.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780306446948

丛书系列:

图书标签:

• 光化学
• 光物理学
• 金属配合物
• 无机化学
• 配位化学
• 光谱学
• 激发态
• 光致反应
• 发光
• 金属有机化学

光化学与光物理：金属配合物的奥秘 引言 光，这个自古以来就赋予生命与活力的宇宙能量，在化学领域同样扮演着举足轻重的角色。当光与物质相互作用时，会引发一系列复杂而迷人的现象，这便是光化学与光物理的研究范畴。而在众多物质体系中，金属配合物因其独特的电子结构、多样的配位环境以及在催化、能源转化、传感和生物成像等领域的广泛应用潜力，成为了光化学与光物理研究的焦点之一。本书将深入探讨金属配合物在光照下的行为，揭示其光化学反应机理和光物理过程，并展望其在现代科学技术中的重要应用。 第一章：金属配合物的基本概念与光化学反应的理论基础 在深入探讨金属配合物的光化学与光物理之前，有必要回顾一些基础概念。金属配合物是由中心金属离子与配体通过配位键结合形成的分子实体。配体的种类、金属离子的氧化态和电子构型，以及配合物的空间构型，共同决定了其电子结构和光谱性质。 光化学反应的发生离不开光的吸收。根据朗伯-比尔定律，物质对光的吸收与浓度和光程成正比。金属配合物吸收特定波长的光，能够跃迁至激发态。激发态的能量可以转化为热能、荧光、磷光，也可以引发化学反应。 光化学反应的效率通常用量子产率来衡量，即吸收的光子数与反应的分子数之比。量子产率受到多种因素的影响，包括激发态的寿命、能量弛豫途径以及是否存在有效的反应路径。 第二章：金属配合物的电子结构与光吸收光谱 金属配合物的电子结构是理解其光化学与光物理性质的关键。中心金属离子的d轨道电子以及配体的p轨道电子之间的相互作用，导致了配合物能级的分裂，形成了一系列分子轨道。这些分子轨道之间的跃迁，便是配合物吸收光的原因。 d-d跃迁是许多过渡金属配合物的典型吸收特征。这种跃迁能量通常在可见光区域，赋予了许多金属配合物鲜艳的颜色。然而，d-d跃迁的摩尔吸光系数相对较低，表明其光吸收能力较弱。 电荷转移（CT）跃迁是另一种重要的吸收过程，它涉及到电子在金属中心和配体之间的转移。根据电荷转移的方向，CT跃迁可分为配体到金属（LMCT）和金属到配体（MLCT）两种类型。LMCT跃迁通常发生在氧化态较低的金属离子与具有高氧化还原电位的配体之间，而MLCT跃迁则在氧化态较高、具有π轨道的配体与金属离子之间发生。CT跃迁通常具有较高的摩尔吸光系数，是许多金属配合物高效光吸收的基础。 配体的 π-π 跃迁也对金属配合物的吸收光谱有贡献，尤其当配体本身含有共轭体系时。这些跃迁通常发生在紫外区域，但有时也会通过与金属轨道的混合而扩展到可见光区。 第三章：金属配合物的光物理过程：激发态的命运 当金属配合物吸收光后，会进入一个激发态。激发态的能量可以通过多种途径发生弛豫，最终回到基态。理解这些光物理过程对于设计高效的光化学器件至关重要。 3.1 辐射弛豫 辐射弛豫是指激发态通过发射光子回到基态的过程。 荧光（Fluorescence）： 荧光是指单线态激发态（S1）通过辐射跃迁回到基态（S0）的过程。荧光通常是快速的（纳秒至微秒级别），并且在室温下即可观察到。许多有机染料和一些金属配合物表现出显著的荧光。 磷光（Phosphorescence）： 磷光是指三线态激发态（T1）通过辐射跃迁回到基态（S0）的过程。由于单线态和三线态之间的跃迁是禁阻的，磷光的寿命比荧光长得多（微秒至秒甚至更长），并且通常需要在低温下才能观察到。重金属原子（如Pt, Ir, Ru）的存在可以增强自旋-轨道耦合，促进单线态与三线态之间的系间窜越（Intersystem Crossing, ISC），从而更容易产生磷光。 3.2 非辐射弛豫 非辐射弛豫是指激发态在不发光的情况下，通过振动弛豫、内转换（Internal Conversion, IC）和系间窜越（Intersystem Crossing, ISC）等过程回到基态。 振动弛豫： 激发态在达到最低的振动能级过程中，能量以热能的形式释放。这是一个非常快速的过程。 内转换（IC）： 单线态激发态（S1）通过非辐射跃迁回到基态（S0）的过程。IC速率通常随着激发态与基态能级差的减小而增大。 系间窜越（ISC）： 单线态激发态（S1）跃迁到三线态激发态（T1）的过程，或反之。ISC是产生磷光和触发光化学反应的重要途径，其速率受到自旋-偶极相互作用的影响。重金属原子配合物由于较强的自旋-轨道耦合，通常具有较高的ISC速率。 3.3 能量转移 当一个分子被激发后，可以将能量传递给另一个分子。 Förster共振能量转移（FRET）： 是一种偶极-偶极耦合的近场能量转移机制，主要发生在激发态与接受体之间。FRET的效率与距离的六次方成反比，常用于研究分子间的距离和相互作用。 Dexter能量转移： 是一种电子交换机制的远场能量转移，需要轨道重叠，因此通常发生在距离更近的分子之间。 第四章：金属配合物的光化学反应：激发态的化学转化 金属配合物的激发态不仅仅是能量的储存库，它们更是活泼的化学实体，能够引发多种多样的化学反应。 4.1 光氧化还原反应 金属配合物在激发态下，其氧化还原电位会发生显著变化，表现出更强的氧化或还原能力。这使得它们能够作为光催化剂，驱动氧化还原反应。 光氧化： 激发态的金属配合物能够夺取电子，将底物氧化。例如，利用Ru(bpy)32+等配合物进行水的光氧化分解制备氢气。 光还原： 激发态的金属配合物能够提供电子，将底物还原。例如，用于二氧化碳的光还原制备燃料。 4.2 配体取代反应 某些金属配合物的激发态会变得不稳定，导致配体的离解或取代。这类反应通常在紫外或可见光照射下进行，是金属配合物光化学活性的重要体现。例如，某些Pt(II)配合物的激发态可能发生配体离解，从而暴露了活性位点，用于进一步的催化反应。 4.3 光诱导的电子转移（PET） 这是光化学反应中最常见的一种机理。激发态的金属配合物可以将电子转移给另一个分子，或者从另一个分子接受电子。PET过程可以是单电子转移（SET）或双电子转移（DET）。SET过程可以触发一系列自由基反应。 4.4 光引发的金属-金属键断裂 对于含有金属-金属键的配合物，光照可能导致金属-金属键的断裂，生成具有更高反应活性的金属中心。 4.5 光致异构化与光致聚合 某些金属配合物在光照下可以发生几何异构化或引发单体的聚合反应。 第五章：金属配合物在光化学与光物理领域的应用 金属配合物在光化学与光物理领域的广泛研究，催生了诸多具有重要实际意义的应用。 5.1 能源转化与储存 人工光合作用： 利用金属配合物作为催化剂，模拟自然光合作用，将太阳能转化为化学能，如分解水制氢、还原CO2制燃料。Ru, Ir, Co, Ni等金属的配合物在此领域表现出色。 染料敏化太阳能电池（DSSCs）： 利用金属配合物（如Ru配合物）作为敏化剂，吸收光能并将其注入到半导体材料中，从而产生电流。 光催化分解污染物： 利用金属配合物的光催化活性，降解水体和大气中的有机污染物。 5.2 生物成像与治疗 荧光探针： 具有高效荧光发射的金属配合物可作为荧光探针，用于生物体的细胞成像、DNA检测以及疾病的诊断。 光动力疗法（PDT）： 一些金属配合物在光照下能够产生单线态氧（¹O₂），¹O₂是一种强氧化剂，可以杀死癌细胞。Ir, Pt, Ru的配合物在此领域具有潜力。 5.3 化学传感 金属配合物的荧光或吸收光谱对环境变化（如pH、离子浓度、特定分子的存在）非常敏感，因此可用于开发高选择性和高灵敏度的化学传感器。 5.4 光电器件 有机发光二极管（OLEDs）： 磷光金属配合物（如Ir和Pt配合物）因其高发光效率，已成为OLEDs中重要的发光材料。 光开关与光逻辑门： 设计能够响应光信号并改变其光学或电学性质的金属配合物，用于构建光信息处理器件。 5.5 光催化 除了能源转化，金属配合物还在各种光催化反应中发挥作用，例如有机合成中的氧化、还原、偶联反应等。 第六章：前沿研究方向与未来展望 金属配合物的光化学与光物理研究正不断向前发展，涌现出许多令人兴奋的新方向。 新型金属配合物的设计： 通过精巧的分子设计，合成具有更优异光物理性质（如更长的激发态寿命、更高的量子产率）和光化学活性（如更高效的催化性能）的新型金属配合物。 多功能一体化材料： 开发能够同时具备光吸收、能量转化、催化活性等多种功能的金属配合物基材料，实现更复杂的化学转化。 理论计算与实验研究的结合： 运用先进的理论计算方法，深入理解金属配合物的电子结构、激发态性质以及反应机理，指导实验设计。 与纳米材料的结合： 将金属配合物与纳米粒子、量子点等纳米材料结合，构建具有协同效应的复合材料，拓展其应用范围。 可持续化学与绿色催化： 致力于开发更环保、更高效的金属配合物光催化体系，减少能源消耗和环境污染。 结论 光化学与光物理是理解金属配合物行为的钥匙，而金属配合物本身则为我们提供了探索光与物质相互作用的绝佳平台。从基础的电子结构到复杂的反应机理，再到激动人心的应用前景，本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，揭示金属配合物在光的世界中所蕴含的无限可能。随着研究的不断深入，我们有理由相信，金属配合物将在未来能源、环境、医药和材料等领域发挥更加重要的作用，为人类社会的可持续发展贡献力量。

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这本书的封面设计真是引人注目，那种深邃的蓝色调和流动的光影效果，让人一眼就能感受到其中蕴含的复杂化学反应和光物理过程。我拿到书的时候，首先被它精美的装帧吸引了，纸张的质感非常棒，拿在手里沉甸甸的，一看就是一本经过精心打磨的学术专著。内容上，我最期待的是它对过渡金属配合物光化学性质的深入剖析，特别是那些涉及多光子激发和激发态动力学的章节。我知道这类书籍往往会深入到理论层面，用严谨的数学模型来解释实验现象，这对于我目前的研究方向至关重要。我希望这本书能提供最新的研究进展和一些尚未完全解决的难题，这样才能真正激发我的思考。如果它能清晰地梳理出不同金属中心（比如铱、钌、铂族元素）在光敏化、光催化以及光电转换中的特异性，那就太棒了。当然，一本好的教材或专著，除了理论的深度，还应该有清晰的逻辑结构和大量的实例支撑，我希望能从中找到一些可以借鉴的实验设计思路和数据分析方法。这本书的标题直接点明了“金属配合物”，这本身就限定了一个非常专业且前沿的领域，我对它如何整合光化学和光物理两个看似独立却又紧密关联的学科非常好奇，期待能看到一个全面的、系统性的论述框架。

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从装帧和引言的基调来看，这本书的目标读者群体显然是高年级本科生、研究生以及活跃在相关领域的研究人员。这意味着它不会对读者的背景知识做过多的假设，但在内容深度上会要求读者具备扎实的无机化学和量子化学基础。我个人比较看重的是它对于“光化学”和“光物理”这两个领域的平衡把握。有时候，书籍会偏重于合成和应用（偏化学），而忽略了对激发态演化过程的精细物理学描述，反之亦然。我希望这本书能在两者之间找到一个完美的平衡点，既能解释“为什么会发生”这类物理问题，也能指导“如何设计和制备”这类化学问题。我特别期待看到对光致相变、固态下的光物理行为等更具挑战性主题的探讨，因为这些往往是当前研究的热点和难点。如果这本书能提供一些现代计算化学方法（如TD-DFT）在预测这些复杂光物理性质方面的局限性和潜力分析，那它无疑会成为一本极具前瞻性的参考资料。

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这本书的文字密度看起来相当高，需要花时间去消化每一个句子，这正是我所偏好的学术阅读方式。我注意到其中提到了对寿命测量技术的最新进展的讨论，这对于研究那些寿命极短的瞬态物种至关重要。我非常想知道，作者是如何权衡不同测量技术（如飞秒瞬态吸收、皮秒荧光等）的优缺点，并给出在特定体系中应用最佳技术的建议的。很多时候，实验结果的可靠性高度依赖于所选工具的恰当性。如果书中能提供一些关于如何从复杂的瞬态光谱数据中“反演出”准确动力学参数的实用技巧，那就太有价值了。我个人对那些涉及电化学耦合的光化学过程特别感兴趣，比如光氧化还原催化循环中的电子转移步骤。这本书如果能深入到这些界面过程的能级调控和活化能垒分析，那绝对称得上是精品。我希望作者没有回避那些尚未完全解决的争议性问题，而是将其作为激发读者进一步研究的切入点。那种鼓励批判性思维的文本，远比一味宣扬既有理论的书籍更具启发性。

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我最近在处理一些关于重原子效应如何影响系间窜越效率的数据，迫切需要一本能够提供坚实理论基础的书籍来指导我的分析。这本书的章节标题似乎暗示了它能满足我的需求，尤其是关于自旋翻转过程的详细讨论。我特别关注那些关于辛对（Triplet States）的寿命和反应性的章节，因为这是许多光敏化剂工作的核心。理想情况下，我希望书中能提供一个结构与性质之间关系的清晰映射，比如，通过改变配体骨架的刚性和电子云分布，如何系统性地“调谐”激发态的能量和寿命。对于那些复杂的量子效率计算方法，我更看重的是其背后的物理直觉而非纯粹的数学推导，希望作者能够提供一些直观的物理图像来辅助理解。这本书的排版看起来非常专业，大量的化学结构式和能量图谱预计会得到高质量的呈现。一本好的专业书，其插图的质量往往能反映出作者对细节的把握程度，我期待看到那些能清晰展示分子轨道和电子跃迁路径的示意图，这比纯文字描述有效得多。

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初翻这本书的目录，我感到一阵振奋，因为它似乎涵盖了光化学反应机理研究的方方面面，从基础的光谱学工具到复杂的能量转移过程，结构组织得相当有条理。我特别留意了关于“激发态弛豫路径”的那部分，那块内容常常是区分入门级读物和高级专著的关键。我期望这本书能详细阐述不同配体场和溶剂环境如何调控这些弛豫速率和量子产率，因为这直接关系到设计高效光功能材料的成败。坦率地说，我阅读这类书籍时，最怕的就是那种堆砌公式和数据却缺乏物理图像解释的叙述方式。我更倾向于那种能用生动的比喻和清晰的图示来解释抽象概念的写作风格。如果这本书能提供一些历史性的回顾，比如某个重大发现是如何一步步被证实的，那阅读体验会更加引人入胜。此外，对于新兴的应用领域，比如有机光电子器件中的应用，我希望能看到一些跨学科的视角，而不仅仅是纯粹的化学机理探讨。总的来说，我希望它能成为我案头常备的工具书，随时可以查阅到权威、可靠且解释到位的信息，而不是只能在写论文的特定时刻才翻阅一次。

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