【正文】 痕量氣體有關(guān)。 ? 總體上可以說，在過去的年代里，生命的形成和生態(tài)學(xué)是與當時的大氣組成相關(guān)的，同時生命機體的活動與變化對大氣的組成和變化又產(chǎn)生重要的影響。 大氣平流層 大氣層可以分為臨近地球的對流層（距地表 1520km）及其上面的平流層。臭氧主要存在于平流層中。 臭氧層的形成理論 1930年， Chapman提出了形成臭氧層的基本過程（左）。其中下面過程中最后給出的反應(yīng)可以可以被大氣中的痕量物質(zhì)（包括 H、 OH、 NO、 Cl等）所催化（右）。 人類活動生成了大量的 NOx， 可破壞臭氧層。 氟氯烴（ CFCs)的排放，如常用做溶劑及制冷劑的氟氯烴 CF2Cl2和 CFCl3,它們在化學(xué)上表現(xiàn)為惰性，在對流層中的壽命可達 50年，一旦進入平流層將受到短波紫外光線的作用發(fā)生光解，從而產(chǎn)生原子 Cl，產(chǎn)生的 Cl參與致使臭氧層破壞的 ClOx循環(huán)。 臭氧層小知識之一 ? 什么臭氧層：臭氧是氧氣的一種同素異形體 (由相同的元素組成，但分子結(jié)構(gòu)不同 ) 。顧名思義，臭氧又一種刺鼻的氣味，所以得此惡名。在大氣層的 10公里到 50公里高度的區(qū)域，臭氧有相當?shù)臐舛?，叫做臭氧層? ? 臭氧層破壞的影響：臭氧層被大量損耗后，吸收紫外輻射的能力大大減弱，導(dǎo)致到達地球表面的紫外線明顯增加，給人類健康和生態(tài)環(huán)境帶來多方面的的危害，目前已受到人們普遍關(guān)注的主要有對人體健康、陸生植物、水生生態(tài)系統(tǒng)、生物化學(xué)循環(huán)、材料、以及對流層大氣組成和空氣質(zhì)量等方面的影響。 臭氧層小知識之二 ? 臭氧由 3個氧原子結(jié)合而成，絕大部分存在于離地面 2530公里處的大氣平流層，被稱為臭氧層。臭氧層是法國科學(xué)家法布里 20世紀初發(fā)現(xiàn)的，它能吸收 99％以上對人類有害的太陽紫外線，為地球上的生物提供天然保護屏障，使其免遭紫外線的傷害，因而被稱為地球保護傘。但是自 20世紀 70年代以來，臭氧層發(fā)生嚴重耗損， 80年代中期科學(xué)家首先發(fā)現(xiàn)了南極上空的臭氧層空洞。 1998年 9月中旬到 12月中旬，南極上空臭氧層的空洞達到 2720萬平方公里，是觀測史上最大的臭氧層空洞，而且持續(xù)時間也最長。 臭氧層小知識之三 ? 專家們認為，導(dǎo)致臭氧層空洞出現(xiàn)是人類大量使用氯氟烴化學(xué)制品 (可用于冰箱、空調(diào)的制冷劑 )引起的惡果。臭氧層破壞是當今全球環(huán)境問題之一。為保護臭氧層，國際社會于 1985年簽署了 《 保護臭氧層維也納公約 》 ，并于兩年后制定了 《 關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書 》 ，開始在全球范圍內(nèi)限制并逐步淘汰消耗臭氧層的化學(xué)物質(zhì)。由于國際社會采取了切實措施，近年來釋放到空氣中的氯氟烴開始減少，大氣中這種物質(zhì)的總含量也于 2022年達到頂峰后開始下降，南極洲上空的臭氧層空洞開始縮小。 對流層中的光化學(xué)過程 ? 與平流層中的化學(xué)過程主要由氧原子和臭氧主宰不同，對流層的化學(xué)過程是由氫氧自由基所主宰的。 ? 對流層中最終要的光化學(xué)活性物種為 ONO和 HCHO，它們都能夠間接產(chǎn)生 OH，從而引發(fā)氧化鏈的形成。 光化學(xué)煙霧 2 生物光化學(xué) 光合作用。 3 光化學(xué)信息儲存 ? 光化學(xué)成像 ? 光子型信息存儲 ? 用照相術(shù)將明暗的景象永久記錄下來的方法，是光化學(xué)過程中應(yīng)用最普遍也是最成功的過程之一。 ? 光化學(xué)成像過程中要用到感光材料，現(xiàn)在已經(jīng)得到應(yīng)用或者有很大應(yīng)用前景的感光材料有：銀鹽感光材料、非銀鹽感光材料系列（如重氮成像材料、自由基成像體系感光材料）。 重氮成像材料 ? 重氮成像材料是一種開發(fā)較早、應(yīng)用也較廣泛的非銀鹽感光材料，廣泛應(yīng)用于縮微、復(fù)制和印刷等領(lǐng)域。 ? 重氮鹽的光敏性是其應(yīng)用的基礎(chǔ)。 ? 重氮影像材料可分為 染料影像材料 （利用重氮鹽在堿性條件下和酚類化合物因發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)而生成的偶氮燃料色度來顯示影像的一類材料）、 微泡影像材料 （利用重氮鹽光解后產(chǎn)生的氮氣來成像的。 ? 自由基成像技術(shù)采用的是在光或離子輻照下使感光層中產(chǎn)生自由基，然后自由基與其它組分生成染料或破壞染料而成像的方法。 ? 作為自由基成像體系的光活性物質(zhì)多為有機鹵化物，生成的自由基與感光層中其它組分發(fā)生反應(yīng)，或生成染料（成色型）或破壞原有的染料（漂白型）。 ? 成色型自由基成像體系大致可以分為三類，即縮合成像 、氧化成像和聚合成像。 縮合成像 CBr4 + hv ? CBr3 + Br 光子型信息存儲的歷史背景 ? 多媒體技術(shù)的發(fā)展對計算機外存容量及速度不斷提出更高的要求。 ? 目前的計算機技術(shù)用復(fù)雜的硬件和軟件涉及硬盤高速緩沖存儲，但在隨機存取大量數(shù)據(jù)時，在速度上并不能提供顯著的提高。新一代的高密高速數(shù)字光存儲技術(shù)的研究，為解決這一問題有很大的潛力。光信息存儲已成為當今公認的當前科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的重大課題之一。 存儲容量和數(shù)據(jù)傳輸率的發(fā)展趨勢 ? 光子存儲的基本原理是基于光子同物質(zhì)之間的直接相互作用，導(dǎo)致記錄介質(zhì)產(chǎn)生能夠識別的物理和化學(xué)等性質(zhì)的變化，從而達到信息記錄的目的。 ? 根據(jù)記錄前后雙穩(wěn)態(tài)的特性既可以進行實時存儲，又可以實現(xiàn)永久記憶。 ? 目前研究的有四種不同的記錄機制，即 光子燒孔 、 電子俘獲 、光折變存儲、光致變色存儲。 光子燒孔 ? 光子燒孔可分為光化學(xué)燒孔和光物理燒孔。 ? 光化學(xué)燒孔是指光反應(yīng)性分子分散在固體介質(zhì)中，低溫下，在激光誘導(dǎo)下發(fā)生具有位置選擇性的光化學(xué)反應(yīng)，引起在非均勻的寬帶吸收光譜帶上選擇性地產(chǎn)生一個均勻的光譜孔。這是一種高密度存儲方式，可在原來的二維存儲中增加一個頻率維度，從而提高其光存儲密度。 光化學(xué)燒孔示意圖 ? 電子俘獲光存儲是基于在存儲材料中光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)。組成這種材料的為至少包括兩個具有不同的氧化還原電位的結(jié)構(gòu)單元、原子、離子、分子或團簇，其中一個為電子給體（ D），另一個為電子受體或空穴（ A或 H+）。 電子俘獲存儲材料能級示意圖 光子存儲的記錄方式和特點 ? 光子存儲是基于光子同物質(zhì)或記錄介質(zhì)的直接相互作用，這就決定了它的最大優(yōu)點在于超高記錄速度（很容易達到納秒和皮秒數(shù)量級）、超高密度和超高分辨率。理論上分辨率可達分子水平，但實際達到的分辨率將由記錄體系，包括激光波長、驅(qū)動裝置、信號加工轉(zhuǎn)換等過程所決定。當前技術(shù)條件下，二維（平面）記錄密度的極限仍然在 108— 109bits/cm2。 ? 光子存儲記錄方式有以下幾種：斑點式、矢量式、圖像式、全息式。 可擦重寫光致變色光盤的工作原理 俘精酸酐光盤洋盤結(jié)構(gòu) ? 光致變色現(xiàn)象（ photochromism)是指一個化合物（ A）在受到一定波長的光照射時。可進行特定的化學(xué)反應(yīng)，獲得產(chǎn)物（ B），由于結(jié)構(gòu)的改變導(dǎo)致其吸收光譜發(fā)生明顯的變化。而在另一波長的光照射下或熱的作用下，又能回復(fù)到原來的形式。 光致變色反應(yīng)及其吸收光譜示意圖 光致變色反應(yīng)勢能曲線示意圖 ? 絕大多數(shù)光致變色體系是建立在單分子反應(yīng)基礎(chǔ)上的，勢能面曲線的變化能更直觀地表現(xiàn)出這一過程。圖中 a為基態(tài)勢能曲線或叫熱異構(gòu)化勢能曲線， b為化合物 A的激發(fā)態(tài)勢能曲線， c為化合物 B的激發(fā)態(tài)勢能曲線。 ? 隨著科學(xué)研究的發(fā)展和深入，基于單分子反應(yīng)體系的光致變色定義顯然是不完全的，需要補充，即目前光致變色的研究還應(yīng)該包括以下三種模式： 多組分反應(yīng)模式。 環(huán)式反應(yīng)模式或多穩(wěn)態(tài)可逆反應(yīng)模式。 多光子光致變色反應(yīng)體系。 兩個（ A或 B）或兩個以上（很少見）的反應(yīng)組分在光的作用下產(chǎn)生一種或多種產(chǎn)物（ P），這種反應(yīng)也必須是可逆的。 環(huán)式反應(yīng)模式或多穩(wěn)態(tài)可逆反應(yīng)模式 多光子光致變色反應(yīng)體系 光致變色分類總結(jié) 光致變色研究的發(fā)展歷史 ? 1867年 Fritsche觀察到黃色的并四苯在空氣和光作用下的褪色現(xiàn)象，所生成的物質(zhì)受熱時重新生成并四苯。 ? 1899年 Markwald稱之為光致變色（ phototropy)。 ? 從 1940年起，人們?yōu)榱伺宄庵伦兩臋C理、產(chǎn)物結(jié)構(gòu)、中間體的形成、疲勞的產(chǎn)生而開展了大量的工作。這期間的工作主要集中在二苯乙烯、偶氮化合物等的順反異構(gòu)化的研究工作中。 ? 20世紀 50年代 Hirshberg提出把上述現(xiàn)象稱為“ photochromism”，即光致變色現(xiàn)象。 ? 1955年以后，軍事及商業(yè)興趣促使人們對光致變色進行研究。同時新型實驗手段的出現(xiàn)也提高了人們對光致變色想象的認識。 ? 目前對光致變色的研究大都集中在俘精酸酐、二芳基乙烯、螺吡喃等上，并繼續(xù)探索和發(fā)現(xiàn)具有實際應(yīng)用價值的研究體系。 ? 熱穩(wěn)定性和耐疲勞性影響光致變色材料應(yīng)用的兩個主要因素。 主要有機光致變色體系 有機光致變色體系可以根據(jù)物質(zhì)的反應(yīng)類型分為以下幾類： 鍵的異構(gòu)、鍵的均裂、質(zhì)子轉(zhuǎn)移互變異構(gòu)、順反異構(gòu)、氧化還原反應(yīng)、周環(huán)反應(yīng)體系、光致變色化合物的酸致變色 。 有機光致變色的應(yīng)用 光信息存儲 生物分子活性的光調(diào)控 光致變色超分子 露光計 自顯影感光膠片和全息攝影材料 光計算 防護與裝飾材料 印刷板和印刷電路 偽裝材料 防偽和鑒偽 無機變色材料 ? 無機變色材料主要集中在過渡金屬氧化物體系中，主要有 MoO WO V2ONiO、 Rh2O Nb2O5 新型高分子光折變材料 ? 光折變效應(yīng)（ photorefractive effect)是指光照引起材料折光指數(shù)改變的效應(yīng)。 ? 從化學(xué)組成上來看，目前已發(fā)現(xiàn)具有光折變效應(yīng)的材料大體上可分為三類：無機晶體、半導(dǎo)體、有機 /高分子光折變材料。 ? 高分子材料非常易于摻雜多種功能組分，化學(xué)方法將功能組分鍵接到高分子骨架上也較容易實現(xiàn)。此外高分子材料加工性能優(yōu)良，可方便制備成薄膜、體塊等所需形狀。因此，高分子光折變材料從 1991年被報道至今，已經(jīng)發(fā)展為一個大家族，并構(gòu)成光折變材料中最具發(fā)展前景的一類材料 實現(xiàn)光折變效應(yīng)的條件 ? 實現(xiàn)光折變效應(yīng)的四個環(huán)節(jié)是：光生載流子的產(chǎn)生、光生載流子的輸運、空間電荷場的建立、折光指數(shù)的電光調(diào)制。 ? 一個高分子材料要獲得光折變效應(yīng)，必須具備兩個重要性質(zhì)：光導(dǎo)性和電光效應(yīng)，這要求四種組分不可缺少：光敏劑、電荷（空穴或電子）傳輸成分、陷阱中心、電光分子或非線性光學(xué)分子。 ? 光折變效應(yīng)的實現(xiàn)是材料中多種功能組分密切配合、協(xié)同作用的結(jié)果，這要求各功能組分間不僅要有很好的性能匹配，還要求有很好的相容性。 光折變效應(yīng)微觀機制示意圖 器件 中的應(yīng)用 光致變色、電致變色、 光化學(xué)反應(yīng) 光化學(xué)治理環(huán)境污染 ? 光化學(xué)治污法主要是 利用半導(dǎo)體 的特殊電子結(jié)構(gòu)和光化學(xué)性質(zhì)對污染物進行降解、氧化或還原等，最終得到無害或可再利用的物質(zhì)。 ? 作為光化學(xué)治理污染的載體 半導(dǎo)體，它具有特殊的電子結(jié)構(gòu)，在光激勵下，產(chǎn)生電子空穴對分離，光生空穴是強氧化劑（ — ），能氧化絕大多數(shù)物質(zhì)，光生電子是強還原劑（ ），能還原絕大多數(shù)物質(zhì)。 ? 在環(huán)境治理中得到應(yīng)用的半導(dǎo)體有 TiO ZnO和 CdS等。 TiO2光催化性能在環(huán)境治理中的應(yīng)用示意圖