《材料研究方法 Solid State Physics》课程教学资源（讲义）紫外可见吸收光谱分析（UV-Vis）Ultraviolet Visible Absorption Spectroscopy

Quantum dot-induced phase stabilization of a-CsPbI3 perovskite for high-efficiency photovoltaics A tunable 185*0 nmmmmmmm 400 800 550 Wavelength (nm) 750 10 2(degrees) 30 40 50 Fig.1.Characterization of CsPbl3 QDs.(A)Normalized UV-visible absorption spectra and photographs of CsPbl QDs synthesized at (a)60C(34 nm).(b)100C(4.5 nm).(c)130C(5nm).(d)150C(6.8 nm).(e) 170C (8 nm).(f)180C(9 nm).and (g)185C(12.5 nm).The numbers in parentheses are the average size from TEM.(B)Normalized photoluminescence spectra and photographs under UV illumination of the QDs J.M.Luther,et al.,Science,2016,354(6308),92-95

J. M. Luther, et al., Science, 2016, 354 (6308), 92-95

JACS Communication pubs.acs.org/JACS OURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY Controlled Intercalation and Chemical Exfoliation of Layered Metal- Organic Frameworks Using a Chemically Labile Intercalating Agent Yanjun Ding,Ying-Pin Chen,Xinlei Zhang Liang Chen,Zhaohui Dongs Hai-Long Jiang, Hangxun Xu,and Hong-Cai Zhou a -PdTCPP 4-mercaptopyridine MOF crystals reduced by TMP e 300 400500600 700 300 Waveleng (nm) 500 600 700 Wavelength(nm) Figure 3.(a)UV-vis absorption spectra of PdTCPP,4-mercaptopyr- idine,and the intercalated MOF crystals after reduction by TMP.(b) Time-course measurement of the exfoliation process by UV-vis absorption spectroscopy.Inset:the absorbance at 341 nm as a function of exfoliation time

光谱分析简介 ·光谱分析的基础： 主要通过电磁辐射与物质相互作用后，物质内部由于对电磁辐射 产生吸收或再发射，从而发生量子化的能级之间的跃迁 光谱分析法： 通过测量物质与电磁辐射作用后所产生的发射、吸收、或散射的 信息，对物质加以研究的方法 原子发射光谱法：原子荧光分析 发射光谱法 分子发射光谱法：荧光分析、磷光分析 光谱分析法 原子吸收光谱法：原子吸收分光分析 吸收光谱法 分子吸收光谱发：紫外可见、红外吸收光谱

一、光谱分析简介 • 光谱分析的基础： 主要通过电磁辐射与物质相互作用后,物质内部由于对电磁辐射 产生吸收或再发射，从而发生量子化的能级之间的跃迁 • 光谱分析法： 通过测量物质与电磁辐射作用后所产生的发射、吸收、或散射的 信息，对物质加以研究的方法

二、紫外可见分光光度法 是利用分光装置，将光源产生的连续光分成各种单色光 用分光后的单色光去照射待测物质，研究物质对不同波长的吸收强弱 对待测样进行定性、定量分析的方法

二、紫外可见分光光度法 • 是利用分光装置，将光源产生的连续光分成各种单色光 • 用分光后的单色光去照射待测物质，研究物质对不同波长的吸收强弱 对待测样进行定性、定量分析的方法

● 分光光度法的理论基础 。 光是一种电磁波，具有波粒二象性 光量子（即光子）的能量与电磁辐射的频率有关，其数学表达式为： E=hv 式中， E-辐射的光量子的能量，J h-普朗克常数，6.63*1034」·s V-辐射的光量子的频率，Hz 。 若用波长表示，则光子的能量与其波长的关系的数学表达式为： E=hv=hc/a 式中， E,h,y,同上 c-光速，3*108m/s 入-辐射的光量子的波长，m

 分光光度法的理论基础 • 光是一种电磁波，具有波粒二象性 • 光量子（即光子）的能量与电磁辐射的频率有关，其数学表达式为： 式中， E – 辐射的光量子的能量， J h – 普朗克常数，6.63*10-34 J · s v – 辐射的光量子的频率， Hz E  h • 若用波长表示，则光子的能量与其波长的关系的数学表达式为： E  h  hc /  式中， E，h，v，同上 c – 光速，3*108 m/s λ – 辐射的光量子的波长， m

●分光光度法的理论基础 基于普朗克的量子论，可方便地计算各种频率或波长的光量子的能 量 例如，紫外区在200nm波长处光子的能量 E2o=hc/1=(6.63×10-4J·s)×(3×108m/s)200×109m)=9.95×10-9J 又例如，可见区在500nm波长处光子的能量 E0=hc/元=(6.63×10-34J.s)×(3×108m/s)1500×109m)=3.98×10-19J 1eV=1.6X10-19J

• 基于普朗克的量子论，可方便地计算各种频率或波长的光量子的能 量 • 例如，紫外区在200nm波长处光子的能量 • 又例如，可见区在500nm波长处光子的能量 E h c J s m s m J 34 8 9 19 200 / (6.63 10 ) (3 10 / ) /(200 10 ) 9.95 10              E h c J s m s m J 34 8 9 19 500 / (6.63 10 ) (3 10 / )/(500 10 ) 3.98 10              1 eV=1.6X10-19 J  分光光度法的理论基础

三、电磁波谱简介 光：各波段的能量范围和分类 光既是粒子，又是一种电磁波，具有波粒二象性 光之间的区别仅在于频率（或波长）的不同 按频率（或波长）的大小顺序，把电磁波排成一个谱，称为电磁波谱 不同波段的电磁波的产生和引起的作用各不相同

光：各波段的能量范围和分类 • 光既是粒子，又是一种电磁波，具有波粒二象性 • 光之间的区别仅在于频率（或波长）的不同 • 按频率（或波长）的大小顺序，把电磁波排成一个谱，称为电磁波谱 • 不同波段的电磁波的产生和引起的作用各不相同 三、电磁波谱简介

电磁波谱 波长 103102101 101102103101031010210910910010n102 (单位：米) 波长大小 较长 。软短之 足球场 房 棒球 细胞病菌病毒蛋白质水分子 可视光线 波的名称 太赫兹领域 无线电波 红外线 紫外线 要X射线 软X射线 波源 伽马射线 频率 AM电台FM电台微菱炉达 THz人类灯泡 X射线管「 (单位：赫兹) 1010210910°1010101102101310410510161071061019100 光子能量 较低 较高了 (单位：电子伏特) 109108107104105104103.10210111011021031010510

四、紫外-可见吸收光谱 1.紫外-可见吸收光谱的形成机理 原子或分子中的电子，总是处在某一种运动状态之中 每一种电子状态都具有一定能量，属于一定能级 能 第三激发态E3 跃迁：电子由于各种原因（如，光、热、 电等的激发)，从一个能级转移到另外 E 一个能级，称为跃迁 第二激发态E2 吸收跃迁：电子由于吸收了一定的外来 辐射的能量，而从能量较低的能级跃迁 第一激发态E, 到能量较高的另外一个能级 基态EU .doci吸收o发射 光谱光谱

四、紫外-可见吸收光谱 • 原子或分子中的电子，总是处在某一种运动状态之中 • 每一种电子状态都具有一定能量，属于一定能级 跃迁：电子由于各种原因（如，光、热、 电等的激发），从一个能级转移到另外 一个能级，称为跃迁 吸收跃迁：电子由于吸收了一定的外来 辐射的能量，而从能量较低的能级跃迁 到能量较高的另外一个能级 1. 紫外-可见吸收光谱的形成机理

四、紫外-可见吸收光谱 1.紫外-可见吸收光谱的形成机理 物质的分子吸收光谱形成的机理，就是由于能级之间的跃迁 一个分子的总能量E可认为是内在能量Eo、平动能E平、振动能E振、 转动能E转、以及分子内电子运动能量E电子的总和 E=E。+E平+E振+E转+E电子 式中， Eo一分子的固有内能 E平-分子的平动能 E振一分子内部原子在其平衡位置附近的振动能 E转一分子绕其重心的转动能 E电子一分子内部价电子的运动能量

• 物质的分子吸收光谱形成的机理，就是由于能级之间的跃迁 • 一个分子的总能量 E可认为是内在能量 E0、平动能 E平、振动能 E振、 转动能 E转、以及分子内电子运动能量 E电子的总和 E  E0  E平  E振  E转  E电子 式中， E0 –分子的固有内能 E平 – 分子的平动能 E振 – 分子内部原子在其平衡位置附近的振动能 E转 – 分子绕其重心的转动能 E电子 – 分子内部价电子的运动能量 四、紫外-可见吸收光谱 1. 紫外-可见吸收光谱的形成机理