超分子凝胶中的光化学反应
超分子化学实验报告
一、实验名称超分子化学实验二、实验目的1. 了解超分子化学的基本概念和原理。
2. 掌握超分子化学实验的基本操作步骤。
3. 通过实验，验证超分子化学中的主体客体相互作用。
三、实验原理超分子化学是研究分子间非共价键相互作用的一门学科。
在超分子化学中，主体分子和客体分子通过非共价键相互作用形成具有特定结构和功能的超分子。
本实验通过合成一种主体分子和一种客体分子，验证主体客体相互作用，并观察其结构变化。
四、实验仪器与试剂1. 仪器：圆底烧瓶、烧杯、搅拌器、电子天平、滴定管、玻璃棒、滤纸、烘箱、紫外-可见分光光度计等。
2. 试剂：1-苯基-1-萘基-2-三氟乙酮（主体分子）、苯甲酸（客体分子）、乙腈、无水乙醇、盐酸、氢氧化钠、水等。
五、实验步骤1. 主体分子的合成（1）称取1-苯基-1-萘基-2-三氟乙酮0.1g，置于圆底烧瓶中。
（2）加入无水乙醇5mL，搅拌溶解。
（3）加入乙腈2mL，搅拌溶解。
（4）加入10%氢氧化钠溶液2mL，搅拌反应。
（5）将反应液转移至烧杯中，用盐酸调节pH值为6-7。
（6）将反应液过滤，滤液用无水乙醇洗涤，过滤，干燥，得到主体分子。
2. 实验操作（1）称取主体分子0.1g，置于烧杯中。
（2）加入客体分子0.1g，搅拌溶解。
（3）将溶液转移至紫外-可见分光光度计中，测定溶液的吸光度。
（4）重复实验，观察吸光度变化。
六、实验结果与分析1. 主体分子与客体分子反应后，溶液吸光度明显降低，说明主体分子与客体分子发生了相互作用。
2. 通过改变实验条件，如温度、pH值等，观察吸光度变化，进一步验证主体客体相互作用。
3. 实验结果表明，在特定条件下，主体分子与客体分子可以形成超分子，具有特定的结构和功能。
七、实验总结本实验通过合成主体分子和客体分子，验证了超分子化学中的主体客体相互作用。
实验结果表明，在特定条件下，主体分子与客体分子可以形成超分子，具有特定的结构和功能。
这为超分子化学的研究提供了实验依据。
超分子水凝胶的构建
超分子水凝胶的构建引言超分子水凝胶是一种由超分子自组装而成的纳米材料，具有高度排列有序的结构、良好的稳定性和可逆性。
它在生物医学领域、材料科学和化学工程等领域具有广泛的应用前景。
本文将重点介绍超分子水凝胶的构建方法及其在不同领域中的应用。
超分子水凝胶的构建方法1. 静电自组装法静电自组装法是一种常用的构建超分子水凝胶的方法。
该方法利用正负电荷之间的相互作用，通过层层堆积形成超分子水凝胶。
具体步骤如下：1.制备正负电荷的超分子单体：首先合成或选择具有正电荷的聚电解质，如聚乙烯亚胺（PEI），以及具有负电荷的聚电解质，如聚丙烯酸（PAA）。
2.层层堆积：将正负电荷的超分子单体交替地溶解在水溶液中，并通过静电相互作用层层堆积。
3.交联固化：在层层堆积的过程中，可以添加交联剂来增加超分子水凝胶的稳定性和机械性能。
4.超分子水凝胶形成：在层层堆积和交联固化后，超分子水凝胶形成。
2. 自组装法自组装法是另一种构建超分子水凝胶的常用方法。
该方法利用超分子单体之间的自组装行为形成高度有序的结构。
具体步骤如下：1.合成超分子单体：首先合成具有自组装性的超分子单体，如聚合物、脂肪酸等。
2.溶剂调控：通过调节溶剂的性质，使超分子单体在溶液中自组装形成纳米结构。
3.超分子水凝胶形成：通过进一步调控自组装条件，使纳米结构相互连接，最终形成超分子水凝胶。
超分子水凝胶的应用1. 生物医学领域超分子水凝胶在生物医学领域具有广泛的应用。
其高度有序的结构和良好的生物相容性使其成为载药系统和组织工程的理想材料。
具体应用包括：•载药系统：超分子水凝胶可用于控制药物的释放速率和位置，提高药物的治疗效果。
•组织工程：超分子水凝胶可以为细胞提供支持和定向导向，促进组织修复和再生。
2. 材料科学领域超分子水凝胶在材料科学领域也有重要应用。
其高度有序的结构和可调控性使其成为制备功能性材料的理想平台。
具体应用包括：•传感器：超分子水凝胶可通过调控结构和成分，实现对特定分子或环境的高灵敏度检测。
超分子体系氮化碳的结构设计及光催化应用
超分子体系氮化碳的结构设计及光催化应用结构决定性质，性质决定用途。
从结构设计出发为反应体系制备合适的催化剂，要求制备手段具有高效精准的调控方式。
超分子自组装是一种自下而上的构建有序纳米结构的方法，既可体现配位超分子作为结构组装平台的独特空间组合与协同效应，又可带来不同功能单元的可控复合、叠加与可调变光学性能，从而制备新型光响应强、光学性能可调控、催化性能稳定的功能复合光催化材料。
下面将运用超分子自组装的手段，从物理和化学性质两个角度出发，对氮化碳进行结构设计并运用于光催化反应。
1.通过超分子自组装构建同质结调控氮化碳光学性质氮化碳作为一种非金属半导体光催化剂，由于其独特的电子结构和高稳定性而受到越来越多的关注。
然而，由于氮化碳的本征特性，通常面临着可见光吸收能力有限，光生电荷的分离和利用能力低等问题，以上缺陷限制了其光催化性能。
为了克服这些缺陷，采取了许多方法来提高氮化碳的光催化效率，例如掺入杂原子，构造缺陷，引入官能团，制备纳米结构，构建异质结等。
由于氮化碳的电子，光学和催化性质可以通过内在的分子结构调节进行调整，因此，设计调控光催化剂的结构以调整其电子和物理化学性质是提升光催化效率的方法之一。
基于此，我们通过超分子自组装这种自下而上构建有序纳米结构的方法，利用氢键预先固定两种小分子前驱体的连接方式，实现超分子的预聚合，随后将超分子前驱体在熔盐中进行定向热聚合，保持主体结构特征，从而制备新型可见光范围大、氧化还原位置可调控、催化性能优异的功能复合PHI-PTI的同质结氮化碳光催化剂（图1）。
图1 超分子熔盐法合成同质结氮化碳示意图图2 (a)TCN,HCN和HTCN2的XRD；(b)TCN,HCN和HTCN2的13C固体核磁；(c)和(d)HTCN2的TEM和EDS元素映射图。
为了探究通过超分子自组装熔盐热聚合策略从制得的氮化碳样品的物相组成，我们比较了TCN, HCN和HTCN2样品的XRD图谱，如图2a所示。
超分子光化学及其应用
超分子光化学及其应用随着化学技术的发展和应用的不断拓展，超分子光化学逐渐进入人们的视野，并且在相关领域得到了广泛的应用。
本文将介绍超分子光化学的相关概念、原理及其在各个领域中的应用。
一、超分子光化学的概念超分子光化学是化学和物理交叉的一门学科。
它研究的是介于分子和宏观物体之间的介观结构的光学性质以及光照作用下的物理和化学过程。
超分子体系通常由两个或两个以上的分子通过非共价作用形成的结构。
这些非共价作用包括氢键、静电相互作用、范德华力、π-π相互作用等。
超分子光化学的研究对象一般是复杂的分子体系，例如：聚集态染料、金属配合物、表面增强拉曼散射（SERS）等。
二、超分子光化学的原理超分子光化学与传统的物理和化学过程有所不同，它是通过光激发来调控超分子体系中的物理和化学过程。
在超分子光化学中，分子间的非共价作用能够调制分子的光学性质，使分子与外界的相互作用发生变化。
例如，超分子体系中的染料分子在光照作用下会发生自组装，形成聚集态的染料分子，从而使染料的吸收光谱发生变化。
此外，超分子体系中的金属配合物也能够通过光激发来实现分子内部的能量和电荷转移，实现光催化反应和光电化学反应等。
三、超分子光化学在各个领域中的应用1、超分子染料敏化太阳能电池超分子染料敏化太阳能电池是一种新型的太阳能电池，与传统的晶体硅太阳能电池相比，具有更高的效率和更低的成本。
超分子染料敏化太阳能电池是基于超分子光化学的原理，将染料分子固定在半导体表面上，利用光激发来实现电荷分离和能量转移。
这种太阳能电池具有高效、低成本、可制备性强等优点。
2、表面增强拉曼散射（SERS）表面增强拉曼散射（SERS）是一种能够快速、准确检测微量分子的方法。
它利用SERS活性基底上的微纳米结构引起的局域化表面等离子体共振效应增强了分子的拉曼散射信号，从而实现对微量分子的检测。
超分子光化学在SERS应用中起到了重要的作用，例如，将超分子染料等作为SERS分子标记，能够实现对分子的快速检测和准确鉴定。
二组分凝胶的研究进展及功能
二组分凝胶的研究进展及功能李晶;靳清贤;张莉;刘鸣华【摘要】超分子凝胶由小分子量胶凝剂在溶剂介质中通过多种非共价键的作用力自组装形成纳米纤维的交缠三维网络结构,从而将大量的溶剂分子束缚在其网络空间中,形成宏观可视的半固态软物质材料。
其中二组分凝胶因其多功能化,具有更多的调控位点等成为了超分子凝胶领域的研究热点之一,本文主要介绍了功能分子掺杂的二组分凝胶,及其在分子识别、光电性能及手性传递方面的应用。
【期刊名称】《齐鲁工业大学学报：自然科学版》【年(卷),期】2015(029)003【总页数】6页(P14-19)【关键词】超分子;二组分凝胶;光电功能【作者】李晶;靳清贤;张莉;刘鸣华【作者单位】[1]郑州轻工业学院河南省表界面重点实验室,河南郑州450001;[2]中国科学院化学研究所胶体界面与化学热力学重点实验室,北京100190【正文语种】中文【中图分类】O64超分子凝胶作为一种新型的智能可控软材料已经成为材料和化学研究的前沿和热点,超分子凝胶由小分子量的胶凝剂在溶剂介质(有机溶剂、水、离子液等)中通过多种非共价键的作用力,如氢键、疏水作用、范德华力、库仑力、π-π堆积、金属配位和主客体作用等,自组装形成纳米纤维,再通过纤维间的缠绕形成具有空间分布的三维网络结构,从而将大量的溶剂分子束缚在其网络空间中,形成宏观可视的凝胶[1-3]。
超分子凝胶作为一种软物质材料具备了很多特性和功能,特别是对外部环境(热、光、电、磁、离子、pH等)变化具有响应性[4-6],可开发为智能响应软物质材料,将在传感器、光开关[7]、超分子催化[8-9]、生物材料[10]、药物控释[11-12]等领域中得到极大的拓展和应用。
超分子凝胶从成分来说,可以分为单组分凝胶和多组分凝胶,其中多组分凝胶又以二组分凝胶最为普遍。
1993年,HANABUSA等人[13]通过嘧啶和巴比妥酸二组分之间的氢键识别,制备了第一个二组分凝胶,HIRST等人[14]在二组分凝胶方面做了大量的研究工作,并对二组分凝胶进行了定义。
超分子水凝胶的制备及其应用
超分子水凝胶的制备及其应用近年来，水凝胶成为了化学科研领域和实际应用领域中的研究热点，其具有可控性高、反应速率快、不含有害物质和具有生物兼容性等优点。
同时，超分子水凝胶也成为了研究的热点，具有良好的生物兼容性和可调节性。
那么如何制备超分子水凝胶呢？又有哪些应用呢？本文将介绍超分子水凝胶的制备方法和应用。
一、超分子水凝胶的制备方法超分子水凝胶是由具有特殊分子相互作用，如氢键、π-π相互作用、静电相互作用等相互作用构成的。
目前，常用的超分子水凝胶制备方法主要有一下几种。
1、自组装法自组装法是一种利用自组装功能物质制备超分子水凝胶的方法。
主要是一些立体结构具有相互作用的有机分子通过相互作用，产生一定的排列顺序和空间位置，从而减小系统的自由能来形成超分子水凝胶。
自组装生成超分子水凝胶的方式有多种，例如一维线状、二维层状、三维网状等。
2、物化交联法物化交联法是指通过物理相互作用（如浓度依赖型相互作用、玻璃转移温度依赖型相互作用等）将两种或多种分子材料结合在一起，从而形成超分子水凝胶。
这种方法不会破坏原有分子结构，是一种较温和的制备方法。
3、化学交联法化学交联法是指一种通过碳、氮、氧或硫等原子中任一或几个原子间的化学键合作用（共价键）来形成超分子水凝胶的方法。
其制备中一般要使用一些交联试剂来发生化学反应，从而构成三维超分子凝胶。
二、超分子水凝胶的应用超分子水凝胶，由于其具有良好的生物兼容性、可控性强、结构稳定性高等特性，被广泛应用于生物医药、化学、物理等领域。
1、生物医药领域超分子水凝胶在生物医药领域被应用于药物传递、组织工程、伤口修复、癌细胞治疗等方面。
以药物传递为例，超分子水凝胶可以进一步增强药物的稳定性和生物活性，使药物的缓释性更好，从而达到更好的治疗效果。
2、化学领域超分子水凝胶在化学领域被应用于化学传感、荧光探针、分子印迹等方面。
以化学传感为例，超分子水凝胶可以通过与靶分子的相互作用，来实现对靶分子的检测，实现化学传感器的功能。
光化学实验——认识光化学反应与光合作用的原理
环境保护：通过 光合作用吸收二 氧化碳，减少温 室气体排放，缓 解全球气候变暖。
生态修复：利 用光合作用促 进受损生态系 统的恢复，改 善环境质量。
光化学实验的实践操作
实验材料：光化学反应所需的试剂、溶剂等 实验仪器：光反应装置、光谱仪、分光光度计等 注意事项：确保实验材料和仪器的纯度和精度，遵循实验室安全规范
光化学反应在能源领域的应用，如太阳能电池和燃料的生产。 在环境治理方面的应用，如光催化降解污染物。 在医疗领域的应用，如光动力疗法和光热治疗等。 光化学反应的前景展望，如新型光敏材料的发现和应用领域的拓展。
光合作用的原理
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定义：光合作用是植物、藻类和某些细菌通过光能将二氧来自碳和水转化为有机物和氧气的过程。
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光化学反应的分类：光化学反应可以分为直接光化学反应和间接光化学反应。 直接光化学反应是指物质直接吸收光能而发生的化学反应，而间接光化学反应 则是物质通过光敏剂吸收光能后，再传递给其他物质而发生的化学反应。
光化学反应是利 用光能激发分子， 使其发生化学反 应的过程。
光化学反应的能 量转化涉及到光 能、电能和化学 能之间的相互转 换。
光合作用过程：包括光反应和暗反应两个阶段，光反应在叶绿体类囊体膜上进行，暗反应在 叶绿体基质中进行。
光合作用的意义：为生物界提供能量和氧气，维持大气中氧气和二氧化碳的平衡。
提高农作物产量： 通过改善光合作 用过程，提高农 作物的光能利用 率，增加产量。
生物能源开发： 利用光合作用将 太阳能转化为生 物质能，用于生
记录实验过程中的 各项数据，包括反 应时间、温度、压 力等
对实验数据进行整 理和分类，便于后 续分析
分析实验数据，探 究光化学反应的规 律和机理
超分子化学反应的机理研究及应用
超分子化学反应的机理研究及应用第一章：引言超分子化学反应是指在分子之间通过非共价作用而形成的各种化学反应。
这种反应机理与传统的共价化学反应不同，具有许多优异的特性，例如反应速率快、选择性高、反应条件温和等，因此在化学领域中应用广泛，尤其是在有机合成和材料科学领域上有广泛的应用前景。
本文将介绍超分子化学反应的机理研究及其应用。
第二章：超分子化学反应的机理超分子化学反应的机理是利用分子之间非共价相互作用的特性实现的。
这些相互作用包括静电相互作用、氢键作用、π-π堆积等。
这些相互作用使得分子之间可以在空间和时间上收集、组成、重排和分解。
超分子反应是即时、可控和高速的，与确定性的共价反应机理不同，在机理和应用上都有其特殊性。
初级反应：结构单元之间的非共价相互作用通常被称为“初级反应”。
初级反应可以划分为两类：不可逆初级反应和可逆初级反应。
不可逆初级反应是指发生于两个或多个分子之间的共价键切断以后的环化反应，这个过程不可逆，反应物的配位基将永久地停留在形成的孔中。
而可逆初级反应是指当切断共价键后，配位基转移到另一分子的配位位点。
高级反应：主要表现为分子结构单元之间的反应。
这些结构单元的组合或重排形成超分子结构。
高级反应可以被看作是由初级反应完成的，但涉及到更高级别的复杂性和连接性。
第三章：应用1. 超分子化学反应在有机合成中的应用超分子化学反应已广泛应用于有机合成领域。
例如，超分子化学反应可以用于产生高度立体选择性的反应，包括不对称核苷酸序列和不对称糖类。
此外，超分子化学反应还可以用于产生非天然结构和非天然机制的化合物。
2. 超分子化学反应在材料科学中的应用超分子化学反应也在材料科学中得到广泛应用。
例如，超分子聚合物可以用来制备高分子单晶材料。
此外，超分子化学反应还可以用于制备新型荧光探针和催化系统。
3. 超分子化学反应在生物医学中的应用超分子化学反应在生物医学中也有着广泛的应用。
例如，超分子化学反应可以用于制备高效的载药纳米粒子和纳米胶囊。
超分子材料在催化反应中的应用
超分子材料在催化反应中的应用超分子化学是研究分子之间相互作用的学科，其中超分子材料的研究和应用受到广泛关注。
超分子材料的特点是由有机分子组成，结构复杂但有规律性，能够自组装和自组织，具有优异的性能和独特的功能。
超分子化学和超分子材料的研究成果不仅拓展了化学领域的研究范畴，也为材料科学、生物医学、环境科学等领域提供了新的思路和手段。
催化反应是一种化学反应，它采用催化剂来加速反应速率，同时也可以提高反应选择性和效率。
催化反应在石油加工、有机合成、工业催化等领域得到广泛应用。
而超分子材料作为一种新型材料，也可以作为催化剂的载体和反应媒介，具有很好的应用前景。
超分子材料在催化反应中的应用研究主要分为两个方向，一是将超分子材料作为催化剂或催化剂载体，二是利用超分子材料的组装性质来控制反应过程。
接下来将就这两个方向进行探讨。
超分子材料作为催化剂或催化剂载体超分子材料具有结构复杂、稳定性高、孔隙性好等优点，在催化反应中做为催化剂或催化剂载体具有广泛的应用前景。
如金属有机框架材料（MOFs）是一类由金属离子和有机配体组成的超分子材料，其孔隙结构和表面性质可通过配体和金属选择性的组装控制，是一种优良的催化剂和催化剂载体。
在MOFs上吸附相应的小分子，如H2、CO和NH3等，可作为氢化、羰基化、氨合成等反应的催化剂。
此外，MOFs还可以与某些过渡金属配合物组成层状或三维的超分子复合物，这种复合物不仅能够催化可见光响应的光催化反应，而且可以用于吸附和分离小分子。
聚合物可作为另一种超分子材料，它具有结构单一、高分子量、可控性、可修饰性等优点，也被广泛研究和应用。
聚合物包括线性聚合物、高分子微球、天然高分子和聚离子液体等。
其中聚离子液体具有离子低散射、高可再生性、化学稳定性和较高的催化活性等特点。
它们不仅可以控制微生物的生长和细胞的生长，而且还可以用于催化糖转化和生物酶催化反应等领域。
利用超分子材料的组装性质控制反应过程超分子材料的组装性质对于控制化学反应速率和选择性具有重要的意义。
超分子化学反应机理研究
超分子化学反应机理研究超分子化学反应是一种基于分子之间非共价作用的反应方式，它不直接以共价键可能发生的断裂与形成为基础，而是依靠分子间相互作用来促进反应的进行。
相比于传统的共价键键合反应，超分子化学反应具有反应条件温和、反应速率较快、易于控制反应产物等优点。
因此，超分子化学反应在材料科学、生物医学、环境科学与能源方面等领域都有着广泛的应用。
超分子化学反应的架构基于超分子化学中熟知的分子识别现象。
如金属离子与络合配体的相互作用、受体与配体的结合等。
再结合不同反应物之间自身的一些特殊性质，超分子化学反应便能够展现其独特的反应特性。
超分子化学反应机理的研究对于掌握超分子化学反应的本质特性具有重要的意义。
理解超分子化学反应的反应过程是控制其反应性质与生物活性的关键。
目前，关于超分子化学反应机理的研究主要分为两个方面，一是理论模拟，二是实验研究。
在理论模拟方面，重点是基于量子化学计算方法对超分子化学反应机理进行模拟。
该方法可以通过计算分子的振动频率、反应物之间的几何构型以及中间态的能量差等指标，从而探究反应机理中各个环节的能垒和反应活化能。
理论模拟除了可以帮助人们理解超分子化学反应中的一些复杂现象，还可以为设计高性能的超分子材料提供指导。
实验研究方面，在超分子化学反应机理的研究中也占据着重要的地位。
通过实验可以直接观察到反应物之间的接触、相互作用和反应产物的形成。
例如，利用光吸收光谱、核磁共振等技术手段查看反应中间体的结构和化学性质，从而推断其反应机理。
同时，在实验参数的控制、反应条件的优化和新型反应物的开发等方面，实验数据和结论对于超分子化学反应机理的研究也发挥着重要的作用。
总的来说，超分子化学反应的独特性质与应用价值促使其相关研究日益受到科学家们的关注。
超分子化学反应机理的研究将为我们更好地利用超分子化学反应技术提供深刻的理论指导，更好地探究其应用前景。
超分子材料的制备和性能研究
超分子材料的制备和性能研究超分子材料是指由基本单元通过非共价键结合而成的自组装结构，具有高度有序性和特殊功能的化学材料。
近年来，超分子化学的研究和应用发展迅速，其应用涵盖了多个领域，包括分离纯化、光学传感、药物控释、催化反应、能量储存等等。
本文旨在介绍超分子材料的制备方法，并深入探讨其各方面的性能研究。
一、超分子材料的制备超分子材料的制备方法一般可以分为两种：自组装法和模板法。
其中自组装法包括有机单体自组装法、高分子自组装法和低分子自组装法等。
模板法则主要通过利用模板分子的特殊性质，来制备具有特殊形状或结构的超分子材料。
1.1 自组装法1.1.1 有机单体自组装法有机单体自组装法是指利用凝胶法、微乳液法、液晶体系法等方式，将单体在外界作用下自组装形成过渡级别或孔道结构，最终得到超分子材料。
其中，凝胶法是一种基于低分子有机凝胶体系的制备方法，它通过化学反应或物理交联形成弹性固体凝胶，可制备出具有宏观有序结构的超分子材料。
同时凝胶法还具有可控性、灵敏性以及复杂性等特点，因此在分子纳米材料的制备和应用中有着广泛的应用前景。
1.1.2 高分子自组装法高分子自组装法是指利用自主聚集作用形成多种有序结构及孔道结构的方法，包括相分离法、自组装共聚法、自聚合共混物法等。
可以制备出具有多样化、高度有序的超分子结构材料。
其中自组装共聚法是一种具有潜力的制备方法，可以快速制备出高质量、多成分的超分子材料。
1.1.3 低分子自组装法低分子自组装法是指利用分子间非共价作用形成自组装超分子结构材料的方法，其中包括晶体生长法、表面吸附法、溶液液滴法、薄膜修饰法等。
其中晶体生长法可以制备出具有高度有序孔道结构的超分子材料，可以广泛应用于分离和催化领域。
1.2 模板法模板法是指利用模板分子在聚集作用下形成超分子结构的方法，包括硅酸盐模板法、胶体晶体模板法等。
其中硅酸盐模板法是一种常用的制备方法，可以制备出具有重要应用前景的纳米级别多孔材料，如分离纯化和催化等。
发光变色化学实验报告
一、实验目的1. 了解发光变色化学实验的基本原理和方法；2. 掌握发光变色化学实验的操作技能；3. 探究不同条件下发光变色物质的性质变化。
二、实验原理发光变色化学实验主要是利用化学物质在不同条件下，如温度、pH值、金属离子等，发生化学反应，从而导致物质颜色发生改变。
本实验选用了一种名为PGP的智能高分子材料，该材料具有形致荧光变色响应特性。
在外界刺激下，如溶液环境刺激和超分子主客体刺激，PGP可通过内嵌的分子/超分子触发点在纳米尺度上自组装成不同形状，从而使得宏观可见的发光颜色与高分子在微观尺度上的形状关联。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：（1）PGP智能高分子材料；（2）不同pH值的溶液；（3）不同浓度的金属离子溶液；（4）有机溶剂；（5）环糊精。
2. 实验仪器：（1）超声波清洗器；（2）电子天平；（3）滴定管；（4）荧光分光光度计；（5）显微镜。
四、实验步骤1. 准备实验溶液：将PGP智能高分子材料溶解于有机溶剂中，制成一定浓度的溶液；2. 调节pH值：将不同pH值的溶液分别滴加到PGP溶液中，观察颜色变化；3. 加入金属离子：将不同浓度的金属离子溶液分别滴加到PGP溶液中，观察颜色变化；4. 加入环糊精：将环糊精加入PGP溶液中，观察颜色变化；5. 利用荧光分光光度计和显微镜分析PGP在不同条件下的发光性质。
五、实验结果与分析1. pH值对PGP发光颜色的影响：在酸性溶液中，PGP呈现蓝色荧光；在中性溶液中，PGP呈现绿色荧光；在碱性溶液中，PGP呈现黄色荧光。
这表明PGP在不同pH 值条件下具有明显的发光颜色变化。
2. 金属离子对PGP发光颜色的影响：加入不同浓度的金属离子后，PGP的发光颜色发生了变化。
例如，加入Cu2+后，PGP的发光颜色由蓝色变为绿色；加入Fe3+后，PGP的发光颜色由蓝色变为黄色。
这表明金属离子对PGP的发光性质具有显著影响。
3. 环糊精对PGP发光颜色的影响：加入环糊精后，PGP的发光颜色变为黄色。
超分子自组装体系的构建及其在药物传递中的应用研究
超分子自组装体系的构建及其在药物传递中的应用研究自组装是一种广泛存在于自然界中的现象，例如酸碱中和时的盐类结晶和脂质双层结构等都是自组装的产物。
随着生物技术和纳米技术的快速发展，自组装已成为合成材料科学和纳米科技中的重要研究领域。
超分子自组装作为一种常见的自组装形式，指的是通过分子间相互作用而形成的大分子结构，比如氢键、范德华力等。
超分子自组装体系由于其具有结构可调性和在多种领域的应用潜力而成为了研究的热点。
早期研究表明，许多药物分子本身就具备自组装能力，可以与构成细胞壁的磷脂相互作用，形成类似于细胞膜的结构。
这表明了药物自组装体系作为生物体内外的药物传递载体具有重要意义。
特别地，随着纳米技术的发展，基于超分子自组装体系的药物传递技术在近年来开始逐渐成为研究的热点，其优点主要体现在以下几个方面：1、体内外相容性好：超分子自组装体系一般由生物体内可以代谢消化的成分组成，使其具有极佳的生物相容性，可以在体内外稳定存在。
2、可控的结构：超分子自组装体系的自身结构和性质可以通过化学反应等方式调控，从而可以实现控制作用，提高药物释放效率。
3、保护性：药物被封装在超分子自组装体系中，能够有效地保护药物不受外界环境的干扰和光化学反应的影响，有助于提高药物的稳定性。
4、靶向性：超分子自组装体系可以通过具有靶向性的生物分子等，实现对特定细胞或组织的定向传输，从而提高药物传递的精度和效率。
基于以上优点，基于超分子自组装体系的药物传递技术在近年来快速发展，并在中药材提取物、生物大分子药物等各个领域中被广泛应用。
一类常见的超分子自组装体系是利用磷脂双分子层自组装制备的纳米颗粒。
磷脂是生物体内最常见的成分之一，具有良好的相容性和分子内外两极性。
研究者们发现，由磷脂双分子层自组装而成的纳米颗粒具有较小的粒径和良好的稳定性，可以将药物有效地包裹在内部，保护药物不被分解。
同时，由于药物核心可以通过化学反应等方式调控，可以实现可控的药物释放，从而能够达到精准的药物传递效果。
偶氮苯的多响应性超分子水凝胶
环境监测、光电器件等其他领域应用
环境监测
偶氮苯多响应性超分子水凝胶可以作为环境监测材料，通过对外界环境参数（如温度、湿度、光照等 ）的响应，实现对环境变化的实时监测和报警。
光电器件
利用偶氮苯多响应性超分子水凝胶的光电性能，可以制备出具有特殊光电功能的器件，如光开关、光 调制器等，为光电信息技术的发展提供新的材料基础。
影响因素分析
偶氮苯衍生物结构的影响
不同结构的偶氮苯衍生物会对超分子 水凝胶的性能产生影响，如光响应速 度、稳定性等。
高分子化合物种类的影响
不同种类的高分子化合物会影响超分 子水凝胶的形成和性能，如凝胶强度、 透明度等。
制备条件的影响
制备过程中的温度、浓度、pH值等 条件会对超分子水凝胶的结构和性能 产生影响。
药物控释、生物传感器等生物医学领域应用
药物控释
偶氮苯多响应性超分子水凝胶可以作 为药物载体，通过外界刺激控制药物 的释放速率和剂量，实现精准治疗， 提高药物疗效和降低副作用。
生物传感器
利用偶氮苯多响应性超分子水凝胶的 敏感性和可逆性，可以制备出具有高 灵敏度和选择性的生物传感器，用于 生物分子的检测和分析。
外部环境的影响
如光照强度、温度等外部环境因素也 会对超分子水凝胶的性能产生影响。
03 偶氮苯多响应性超分子水 凝胶的光响应行为研究
光致变色现象及机理探讨
光致变色现象
偶氮苯及其衍生物在特定波长的光照射下，会发生可逆的顺反异构化反应，导 致颜色变化。
机理探讨
光致变色现象主要归因于偶氮苯分子中N=N双键的π-π*电子跃迁。在光照下， 偶氮苯从稳定的反式结构转变为不稳定的顺式结构，同时伴随着颜色的变化。
智能窗户、调光玻璃等建筑领域应用
超分子化学在功能材料中的应用
超分子化学在功能材料中的应用超分子化学是一门研究分子之间相互作用的学科，它的应用范围广泛，尤其在功能材料领域有着重要的作用。
本文将探讨超分子化学在功能材料中的应用，并介绍一些相关的研究进展。
功能材料是指具有特定功能的材料，如光电材料、催化材料、传感材料等。
超分子化学通过分子之间的非共价相互作用，可以构建具有特定功能的超分子结构，从而实现对功能材料性能的调控和优化。
一种常见的超分子化学应用是在光电材料领域。
光电材料是指能够将光能转化为电能或者将电能转化为光能的材料。
超分子化学可以通过组装分子来构建具有特定光电性能的材料。
例如，研究人员通过将有机小分子与金属离子组装成超分子结构，成功制备了具有高光电转换效率的太阳能电池。
此外，超分子化学还可以用于构建具有特定光学性能的材料，如荧光材料和光催化材料。
另一个重要的应用领域是催化材料。
催化材料是指能够促进化学反应进行的材料。
超分子化学可以通过构建具有特定结构和功能的超分子催化剂来提高催化反应的效率和选择性。
例如，研究人员通过将金属离子与有机配体组装成超分子结构，成功制备了高效的催化剂，用于有机合成反应和能源转化反应。
此外，超分子催化剂还可以通过调控分子之间的相互作用，实现对催化反应的精确控制。
超分子化学还在传感材料领域展现出了巨大的应用潜力。
传感材料是指能够对特定物质进行敏感识别和检测的材料。
超分子化学可以通过构建具有特定识别功能的超分子结构，实现对目标物质的高选择性和高灵敏度检测。
例如，研究人员通过将有机小分子与金属离子组装成超分子结构，成功制备了具有高选择性和高灵敏度的荧光传感材料，用于检测环境中的重金属离子和有机污染物。
除了以上应用领域，超分子化学还在药物传递、材料分离和储能等方面展现出了巨大的潜力。
例如，研究人员通过构建具有特定结构的超分子材料，成功实现了对药物的高效传递和控制释放。
此外，超分子化学还可以通过构建具有特定孔径和表面性质的超分子材料，实现对气体和液体的高效分离和纯化。
超分子化学中的催化反应
超分子化学中的催化反应超分子化学是化学领域中的一个分支，它关注的是分子之间的相互作用。
在超分子化学中，催化反应是一个非常重要的课题。
催化反应可以加速化学反应，这对于提高工业和医疗领域的效率和成本非常有意义。
下面，我们将探讨超分子化学中的催化反应及其应用。
什么是超分子化学？超分子化学是一门研究超分子化合物的学科，超分子化合物是指由分子通过非共价相互作用而形成的集合体。
超分子化合物的形成通常需要两个或两个以上的分子之间的相互作用，如范德华力、氢键、离子-电荷相互作用和金属配位等。
超分子化学和传统有机化学之间的最大区别在于，传统有机化学关注的是分子的化学结构，而超分子化学则关注分子之间的相互作用。
超分子化学的催化反应催化反应是一种化学反应，它通过添加催化剂来促进反应速率。
传统的催化剂通常是化学物质，但在超分子化学中，催化反应通常是通过分子之间的相互作用来实现的。
超分子催化剂是具有稳定超分子组装的化合物，可在催化反应中起到类似于传统催化剂的作用。
超分子催化剂通常采用分子自组装的方法制备，这意味着它们可以根据需要被设计出来，以及具有非常高的催化效率和特异性。
此外，超分子催化剂还有其他优点，如易于回收和再生、不会导致污染问题等。
超分子催化剂的种类超分子催化剂可以分为两类：狭隘的和广泛的。
狭隘超分子催化剂只有一个特定的底物可以与其相互作用，并且只有与底物配位时才能发挥催化作用。
这种催化剂通常通过分子识别来实现，它们的选择性很高。
广泛超分子催化剂，可以与多个底物相互作用并促进其之间的反应。
这些催化剂通常具有更广泛的催化活性，且能够处理更多种类的反应。
超分子催化剂的应用超分子催化剂的应用非常广泛，可以用于催化各种有机物反应、有机合成、光化学、电化学、生物化学等领域。
例如，超分子催化剂可以用于制备药物、合成高分子材料、合成天然产物、制备金属有机骨架材料、环肽、金属有机骨架材料等。
超分子化学催化反应的优势与传统的化学反应相比，超分子化学催化反应具有以下优势：1. 更高的催化效率和可控性由于超分子催化剂具有非常高的催化效率和特异性，因此可以促进化学反应的速度和选择性。
有机合成中的光化学与超分子化学
有机合成中的光化学与超分子化学光化学作为有机合成领域中的重要分支，以光为驱动力实现有机物的合成反应，日益得到了广泛的应用和研究。
随着超分子化学的发展，光化学和超分子化学的结合也成为了研究的热点。
本文将从光化学的基本原理、应用实例以及光化学与超分子化学的结合等方面进行论述。
一、光化学的基本原理光化学是通过吸收光能，使分子发生电子激发，从而产生化学反应的学科。
它的基本原理包括光激发、电荷分离和化学反应三个方面。
1.光激发光激发是指分子从低能级跃迁到高能级的过程，通常需要吸收特定波长的光。
光激发过程中，分子电子云发生变化，电子的轨道分布以及交互作用发生改变，为后续的电荷分离和化学反应创造了条件。
2.电荷分离在光激发的基础上，分子中的电子可以发生从基态到激发态的跃迁，形成电荷分离的态势。
电子的分离有两种方式，一种是电子转移，即电子从一个分子转移到另一个分子，形成正负离子对；另一种是电子转移给周围的溶剂分子或配体分子，形成溶剂或配体溴离子。
3.化学反应光激发和电荷分离为化学反应的进行提供了条件。
光激发和电荷分离在一定程度上改变了分子的性质，使得分子更容易发生化学变化。
例如，光激发的分子具有较高的反应活性，可以与其他分子发生加成、消除、置换等反应。
二、光化学的应用实例光化学在有机合成中有着广泛的应用，在以下几个方面表现出了出色的性能：1.光催化反应光催化反应是利用光能激活催化剂，促进有机反应的进行。
光催化反应具有高效、环境友好等特点，广泛应用于有机合成领域。
例如，光催化水氧化反应可以将有机物氧化为高氧化态，从而实现对有机物的合成改造。
2.光敏剂的应用光敏剂是对光敏感的物质，能够吸收光能并产生化学反应。
光敏剂广泛应用于光刻、照相、光固化、荧光染料等领域。
在有机合成中，光敏剂可以催化或参与特定的光化学反应，为有机合成提供了新的途径和方法。
三、光化学与超分子化学的结合超分子化学是研究分子间相互作用及其在结构和功能上表现出的特性的学科。
超分子化学在化学反应中的应用
超分子化学在化学反应中的应用超分子化学是一种研究分子之间相互作用和自组装规律的学科，它强调的是分子和分子之间发生的非共价作用，例如范德华力，氢键，和静电相互作用等。
超分子化学的研究已经在许多领域得到广泛应用，其中之一就是在化学反应中的应用。
超分子化学在化学反应中的应用取决于其独特的自组装功能，这些自组装功能在合成新材料和响应性化合物制备中非常有用。
例如，超分子化学的自组装功能已经在开发药物相互作用的研究中得到广泛应用，它可以对分子定向并达到合适的构象空间，这有助于提高化学反应的速度，同时降低能量消耗并实现低污染的生产。
另外，超分子化学理论也为催化、能源和环境领域的反应机理研究提供了新的解释。
例如，在能源和环境方面，超分子化学的研究可以引导发现新的光催化合成方法。
还有，超分子化学可以通过自组装，提供非共价键和介电效应等，而这些可以用于合成更高效的催化剂，提高化学反应的转化率。
此外，对于化学反应的控制，超分子化学也有着很大的作用。
例如，为了合成目标化合物，往往需要在反应过程中得到一个高度选择性的环境，这就需要用到超分子化学的自组装功能。
有时候，我们需要在化学反应中进行副反应的控制，通过超分子化学的自组装功能，我们可以控制分子间的空间构型，达到精确地控制化学反应的结果。
除了上述应用外，超分子化学还可以被用于合成分子发光材料。
这种材料包括有机材料和无机/有机复合材料，可以起到制备高效荧光材料和非线性光学材料的作用。
发光材料是电子元件，太阳能电池，生物传感器，以及照明应用中的关键组件。
总之，超分子化学在化学反应中具有重要作用。
它的研究可以为制备新材料和响应性化合物，提供新的思路。
同时，超分子化学的理论发展以及实验手段的不断提高，也为未来超分子化学在反应中的应用提供了更多可能性。
超分子光化学动力学中电荷转移过程的理论研究
超分子光化学动力学中电荷转移过程的理论研究光化学反应是物质通过吸收光子来发生化学变化的过程。
在超分子化学中，光化学反应发生在分子和配体之间形成的超分子体系中。
其中，电荷转移过程是非常重要的一步反应。
电荷转移是超分子光化学反应中的一种重要机制。
它是分子和配体之间电子传递的过程，将电子从一个分子或配体转移到另一个分子或配体，从而形成带电离子对。
这个过程可以通过观察产物中电荷分布的变化来描述。
在超分子体系中，电荷转移通常发生在分子和配体之间的较长距离上，因此需要近距离相互作用的驱动力。
这些近距离相互作用可以通过分子的结构和化学性质来调控，从而实现电荷转移的控制。
理论研究是超分子光化学动力学中电荷转移过程的不可或缺的一部分。
理论计算可以帮助解释实验结果，并提供更深入的理解。
它可以通过计算包括电荷转移率、分子间距离等在内的多个参数来试图解释和预测超分子体系的行为。
电荷转移过程的理论研究包括了分子的量子化学计算和所涉及的动力学过程的模拟，这些过程包括了电子的运动和分子的振动。
其中，分子的振动是电荷转移动力学方程中的一个关键因素，因为它能够影响电荷转移的速率，并影响分子的电子结构。
在理论研究中，一件重要的工作是确定分子和配体之间电荷转移所需的驱动力。
这个驱动力的大小与分子的电子结构和分子内电子排布有关，它可以通过计算配体和分子中的电荷转移能力来定量的描述。
此外，电荷转移过程产生的自由能变化也是一个关键的因素，这可以通过静电势能与电荷分布的积分来计算。
理论研究的成果可以与实验结果进行比较，从而得出更深入的理解。
例如，实验可以用快速激光技术来观察超分子体系中的动力学过程，并帮助确定电荷转移的速率。
理论计算可以与实验结果进行比较，并确定分子体系中机理的细节。
总之，在超分子光化学动力学中电荷转移过程的理论研究中，量子化学计算和分子动力学模拟是不可或缺的。
通过这些技术，我们可以更好的理解电荷转移的机制和控制，帮助设计更有效的超分子体系。
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关 键 词超分子凝胶光化学反应光致变色光致聚合超分子手性自组装
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化学反应的超分子凝胶体系" 因此! 研究超分子 凝胶中的光化学反应有着十分重要的科学意义"
% 超分子凝胶中的光化学反应
在超分子凝胶的设计中! 或者设计光响应取 代基团的小分子胶凝剂! 或者直接引入光响应分 子作为第二组分! 在紫外光或可见光照射下进行 光致变色或光聚合反应! 同时伴随着凝胶与溶液 的相转变或是吸收与荧光光谱的显著变化" 作为 这类小分子凝胶在光信息存 新型的功能性材料! 储# 光开关及光转换器件等前沿领域具有广阔的 应用前景"超分子凝胶中的光化学反应主要包括 光致异构* 光致变色 + 反应# 光聚合反应和拓扑化 学反应" % & $ 超分子凝胶的光致变色反应 能够发生光致变色反应的超分子凝胶往往带 有光致异构官能团! 如偶氮苯# 螺吡喃和二芳基乙 在特定的波长下发生光致变色反应! 体系的 烯等! 光谱会发生明显的变化! 有些体系甚至可以直接 用肉眼观察到颜色的差异" 偶氮苯是典型的光敏感型物质! 其光致变色 特性是分子内的氮氮双键在光或热的作用下发生
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影像科学与光化学
第! !卷
吡啶盐! 将> 由于 [ P F 'b 与 5 5 _ 型水凝胶混合! > [ P 与' F L = 的结合能力比 5 G ` 与' F L =的结合 能力要强的多! 因此原来组装结构中的 L = 分子逐 这一作用使得凝胶在 渐被拉出成为自由的链段! 几分钟内变为透明的溶液" 紫外光照该溶液使得 失去与 ' $ ( & * = F > [ P 变为4 = F > [ P! F L = 的结合能
! / " " " ( 性氨基酸相结合作为小分子有机胶凝剂. ! 利
实现超分子体系的手性开关效应" 最近! Q 3 9 / 0 . 小组又报道了一种由光可逆的二芳基乙烯两亲分
/ " ! 子%构成的新型刺激响应性材料. ! 采用疏水的
胆固醇和亲水的聚乙二醇连在吡啶基团来修饰二 芳基乙烯分子"这种独特的两亲分子 % 在水或有 机溶剂中自组装都能对光表现出可逆的刺激响应 紫外光照可以使其聚集形成 性"以水作溶剂时! 可见 光 照 射 使 其 可 逆 的 形 成 双 层 膜 结 构" 囊泡! 而在非极性的芳香性溶剂中! 则可以自组装成凝 可以通过紫外 可见光照可逆的控制凝胶纤维 胶! F 的形成与解体! 如图 * 所示" 这样一来! 既可以在 水中又可以在有机溶剂中实现光调控超分子结构 的可逆构筑" 田禾研究组对二噻吩乙烯基类化合物进行了 系统深入的研究! 探索了二噻吩乙烯类光致变色 材料分子数据存储 # 分子逻辑门 # 分子导线 # 非线
f / , 等报道了含有偶氮苯基团的不对称双树
. / A ! 可以胶凝化多种有机溶剂! 枝状胶凝剂分子 $
在环己烷中临界成胶浓度低 至 ) 质量分 & ) ( Y * "当使用! 数+ C *0 , 的紫外光对 $ 的环己烷凝胶 进行照射时! 偶氮苯基团发生由反式到顺式的异
吸收 构化! 位于! ( "0 , 处反式偶氮基团的 # F #
力! > [ P F L = 复合物解离! F L = 分子返回到 5 G ` ' 链! 几个小时后可以重新构筑水凝胶" 可见光照 射后! 凝胶再次解散" 这种光转换可逆的 $ 凝胶& 溶液&凝胶% 转变可以通过三种组分主客体相互 作用的竞争来实现! 显示了包结络合控制材料的
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. / < 顺反异构而产生的 * 过程如图 ( 所示 + " 采用不
"其中! 光响应的超分子凝胶自组装体
如光致异构反应和 系一般能够发生光化学反应!
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图$ 超分子凝胶中的光化学反应的分类及其应用示意图 Z 6 3 2 % 8 8 / N / 2 7 / $ 00 4% / 2 7 / $ 0 8$ N 6 $ 7 $ 2 6 3 , / 2 % K K K 9 3 2 7 / $ 0 8 / 08 J 9 , $ % 3 2 J % 9 3 % 8 K .
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影像科学与光化学
第! !卷
用# 静电作用# 亲疏溶剂作用等" 一方面! 这些非 共价相互作用能够协同作用使得凝胶能够维持住 另一方面! 非共价相互作用与生俱 三维网络结构! 又能使凝胶能够对外界 来的较弱性以及可逆性! 刺激做出一定的反应" 例如! 很多超分子凝胶具 有热响应性! 在给定的温度下可以发生凝胶到溶 液状态的转变! 高于凝胶溶液转变温度 * 时 B. 3 % F 8 $ %+ 维持凝胶稳定的非共价相互作用受到破坏! 凝胶 转变为溶液! 冷却后非共价相互作用恢复! 又可以 再次形成凝胶" 因此! 在超分子凝胶体系中引入外界刺激! 例 如金属离子# 阴离子# 改变 K 光# 电场或超声 D 值# 有可能会改变超分子凝胶的物理或化学 处理等! 性质! 实现其刺激响应性! 从而制备许多有趣的智 能材料
定的反式结构"含有偶氮苯基团的有机凝胶因子 很多!但只有少部分能够形成光致可逆的有机凝 胶"这是因为在凝胶状态下! 偶氮苯基团的顺反 因此研究含有偶氮苯基团的超 异构会受到抑制! 分子凝胶体系具有重要意义" 此外! 含有偶氮苯 基团的超分子凝胶在紫外光照射下往往会发生凝 胶到溶液的相转变! 这是偶氮苯类的超分子凝胶 体系区别于其他光致变色超分子凝胶的一个重要 的特点! 通过判断相转变的程度可以粗略地估计 光致异构反应的程度"
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影像科学与光化学
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综述
超分子化学与应用专刊
( ) " @ F " ) F " !收稿! ( ) " @ F " " F " B录用 国家B + # 国家自然科学基金项目* + 资助和山东省优秀中青年科学家科研奖励基金* + < !项目* ( ) " ! L ? A ! @ * ) @ ( " ) ( " ) ) ! ? 1 ( ) " @ L W ) ( A G F , / % % / J , 6 / 2 2 8 & 2 & 2 0 通讯作者! "
超分子凝胶中的光化学反应
王秀凤"杨东(刘鸣华(
* 华东+理学院!山东 青岛 ( ) " &中国石油大学* C C * A ) 界面与化学热力学院重点实验室!北京 " + ( &中国科学院 化学研究所 胶体# ) ) " B )
摘要 超分子凝胶中的光化学反应是比较特殊的一类反应 通常是将具有光响应活性的基团 因此 能够将超分子凝胶独特的性质与光化学反应 或分子引入到超分子凝胶的自组装体系中 的优势有效地结合起来 构筑新型的光功能材料 这使得此类超分子凝胶在光信息存储 光开关 及光转换器件等前沿领域具有广阔的应用前景 本文主要总结近年来国内外包括作者课题组 对超分子凝胶中光化学反应方面的研究进展 以及其在多重响应凝胶 手性光学开关以及手性 合成方面的应用
图% 偶氮苯类化合物光致变色过程示意图 Z 6 3 8 7 9 J 2 7 J 9 % 2 6 0 3$ N M $ I 3 0 M 3 0 3 / 0 7 6 3 . 6 $ 7 $ 2 6 9 $ , / 2K 9 $ 9 3 8 8 K .
第 "期
王秀凤等超分子凝胶中的光化学反应