2025年大学《资源化学》专业题库- 光化学反应机理研究及其在纳米制备中的应用

2025年大学《资源化学》专业题库——光化学反应机理研究及其在纳米制备中的应用考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。请将正确选项的字母填在题后的括号内）1.分子吸收光能后，电子从最高占据分子轨道（HOMO）跃迁到最低未占据分子轨道（LUMO）的过程属于：(A)外重排(B)内重排(C)光解离(D)能量转移2.在光化学反应中，利用分子内或分子间的能量转移，使激发态分子的能量传递给另一个分子，而自身回到基态的过程称为：(A)光诱导电子转移(B)光解离(C)能量转移(D)光敏化3.量子产率（Φ）是衡量光化学反应效率的指标，其定义为：(A)发生反应的光子数/吸收光子数(B)生成产物的分子数/发生反应的光子数(C)发生反应的光子数/生成产物的分子数(D)激发态分子数/基态分子数4.下列哪种光谱技术常用于探测反应过程中的激发态分子寿命？(A)紫外-可见吸收光谱(B)荧光光谱(C)磷光光谱(D)核磁共振波谱5.光催化水分解制氢过程中，涉及到的关键的电子转移步骤通常包括：(A)光照激发催化剂(B)水分子氧化(C)产生氢气(D)以上所有6.在光化学法制备纳米粒子时，选择合适的光源主要是为了满足：(A)催化剂的光化学活性(B)粒子尺寸的精确控制(C)所需能级的激发需求(D)产率最大化7.与传统热化学合成方法相比，光化学法制备纳米材料的主要优势之一是：(A)能源效率高(B)设备成本低(C)选择性好(D)可实现原子级精确控制8.利用光刻技术在衬底上形成特定图案，然后通过光照引发选择性化学反应或物理过程，从而制备纳米结构的方法属于：(A)光沉积(B)光催化合成(C)光刻蚀(D)光诱导自组装9.影响光催化反应速率和选择性的重要因素通常包括：(A)光照强度和波长(B)催化剂的性质(C)反应体系的pH值(D)以上所有10.对于半导体基体的光催化反应，利用其能带结构（导带和价带）来解释其参与氧化还原反应的机理是基于：(A)光的波动性(B)光的粒子性(C)能带理论(D)分子轨道理论二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填在横线上）1.光化学反应通常可以分为______反应和______反应两大类。2.研究光化学反应机理常用的瞬态光谱技术包括______、______和______。3.光化学法制备量子点时，通过调节前驱体浓度和______，可以控制量子点的尺寸和相应的荧光颜色。4.在光刻蚀过程中，选择性的光敏化或光化学反应使得______区域被去除，从而形成所需图案。5.影响光化学沉积过程的关键参数除了光照条件外，还包括______、______和气氛控制。6.光催化反应通常需要满足半导体材料的禁带宽度______反应所需激发能的条件。三、简答题（每题5分，共20分）1.简述光诱导电子转移（PET）过程及其在光化学反应中的意义。2.简述紫外-可见吸收光谱在研究光化学反应机理中的作用。3.简述光刻蚀技术的基本原理及其在纳米结构制备中的应用。4.简述光化学法制备纳米材料时，光源波长选择的重要性。四、论述题（每题10分，共30分）1.结合具体实例，论述光化学方法在制备半导体纳米催化材料方面的优势。2.分析影响光催化反应效率的关键因素，并提出至少三种提高效率的策略。3.试述光化学沉积法制备金属纳米颗粒的基本原理，并讨论至少三个影响其微观结构（尺寸、形貌）的关键控制因素。试卷答案一、选择题1.(B)2.(C)3.(A)4.(D)5.(D)6.(C)7.(C)8.(C)9.(D)10.(C)二、填空题1.光化（学）；热化（学）2.紫外-可见差分光谱；荧光光谱；磷光光谱3.晶体生长速率4.非选择性5.前驱体浓度；温度6.大于三、简答题1.解析思路：首先定义PET，即激发态分子通过电子转移过程将能量传递给受体分子，自身回到基态。然后说明其意义，主要是阻止激发态分子的光降解或无效能量耗散，使其能够参与后续的反应，如光氧化、光还原或光化学合成。2.解析思路：说明紫外-可见吸收光谱可以测定物质对特定波长光的吸收情况。在光化学中，通过监测反应前后吸收峰的位置、强度变化，可以判断反应物、中间体、产物的存在，推断电子转移过程、结构变化等。结合吸收系数和入射光强度，还可以用于定量分析反应进程或计算量子产率。3.解析思路：阐述光刻蚀的基本原理，即利用特定波长的光照在光敏化区域引发选择性化学反应（如氧化、溶解）或物理过程（如等离子体刻蚀），使得光照区域（通常是未敏化或敏化后惰性区域）被保留下来，而曝光区域被去除。应用上，通过控制光照图案，可以在基底上精确制备纳米级别的图形结构。4.解析思路：说明不同波长的光对应不同的能量（E=hν）。纳米材料的尺寸、能带结构等与其光学性质密切相关。因此，选择合适波长的光源可以精确激发特定材料（如半导体纳米颗粒）的电子跃迁或催化活性位点，从而实现对材料尺寸、晶型、表面状态等的可控合成，进而调控其性能。四、论述题1.解析思路：从选择性、温和性、可控性、原子级精确性等方面论述优势。例如，光源可以选择性激发特定催化剂或反应物，避免副反应；反应通常在室温或低温下进行，环境友好且能耗低；可以通过调节光照参数（波长、强度、时间）精确控制产物的尺寸、形貌和组成；对于量子点等材料，合成过程接近原子级控制。结合实例（如利用特定波长光合成尺寸均一的CdSe量子点）可增强说服力。2.解析思路：首先列出关键影响因素，如光源（强度、波长匹配）、催化剂（活性、选择性、稳定性）、反应物浓度、温度、pH、气氛、光催化剂载体和助剂等。然后针对每个因素，提出具体的提高策略。例如，针对光源，可使用高效光源、优化波长；针对催化剂，可筛选更优材料、进行表面改性；针对反应条件，可优化浓度、温度、pH，使用保护剂防止团聚；针对传质，可优化反应器设计等。3.解析思路：首先阐述基本原理，即利用紫外或可见光源照射含有金属离子的前驱体溶液（通常还包含还原剂、稳定剂等），在光照作用下，金属离子被还原并沉积形成纳米颗粒。核心是光照引发的还原反应。然后讨论影响