简  报

﹝2023﹞ 第三十九期（总第810期）

中科院老科协办公室      2023年4月19日

“光化学是一门有用的科学”

地质地球物理分会收看科普论坛

　　4月14日，中科院老科协组织科普论坛“有用的光化学”， 地质地球物理分会通知会员在网上收看，收看后交流了自己的收获。

　　佟振合院士做了图文并茂的报告，佟院士是有机化学和光化学家。曾任中国科学院感光化学研究所所长、中国科学院化学部副主任、亚太地区光化学会副主席、中国化学会光化学委员会主任等职，现任中科院理化所科技委员会名誉主任。佟院士是我国光化学领域的奠基人之一，同时也是我国超分子化学领域的拓荒人之一，他三十余年一直从事物理有机化学和有机光化学研究，在超分子体系中的光诱导电子转移、能量传递和化学转换等方面都取得了许多开创性成果。他的团队还推动了光解水制氢等清洁能源技术的发展，在国际相关领域范围内引起了广泛关注。

　　佟振合院士的报告分七部分，如下：

　　1.光化学研究什么问题

　　光化学是研究由光引起物质发生化学反应的一门科学。光化学是电子激发态化学，是研究电子激发态发生的物理和化学过程的一门科学。其过程有辐射跃迁、无辐射跃迁、能量传递、电子转移和化学反应。

　　2.光化学在合成化学中的应用

　　中科院院士戴立信说过：绿色化学是化学的未来。合成化学是化学的核心，一个好的合成反应应该具有高选择性，在温和的条件下进行，具有原子经济性、高效率、高经济性，对环境尽可能减少污染。其中高选择性是最核心的一条。实现了高选择性，就能带来高产率和副产物减少，也就减少了对环境的污染。选择性包括化学选择性、区域选择性、立体选择性、特别是对映面选择性。

　　光化学为绿色化学提供了强大的支撑。

　　（1）少一些废物生成：高选择性、高原子经济性、高步骤经济性。通过激发态的途径，光化学反应可以通过较少的步骤合成一些独特的张力结构或热化学很难合成的产物。如维他命的合成。

　　（2）少一些能量消耗：反应在温和条件下进行。可见光被用作光化学反应的驱动力，太阳光取之不尽用之不竭。热化学反应需要较大的活化能，需要加热到一定的温度反应才能发生；光化学反应是激发态的化学，一般不需要活化能，或者只需要很小的活化能。因此在低温或室温下可以进行。

　　（3）少一些危害：不采用危险工艺。如苯胺的合成。

　　（4）多使用可再生能源。如以二氧化碳为原料合成化学品。

　　3.光化学在能源领域的应用

　　（1）太阳能电池。中国是世界上太阳能电池生产和应用最大的国家，现在有单晶硅太阳能电池：占90%的太阳能电池；薄膜太阳能电池（非晶硅、铜铟锡、铜铟嫁锡、碲化镉等）、染料敏化太阳能电池、钙钛矿太阳能电池、聚合物太阳能电池。

　　能源和环境是当代社会最关切的问题。现在人类使用的主要能源是化石能源，包括煤、石油和天然气。化石能源是过去25亿年地球上植物光合作用积累的结果，现在每年全世界消耗的化石能源相当于地球上过去100万年的积累，化石能源是不可持续的。

　　化石能源的利用对环境造成巨大污染，我国85%的CO2和90%的SO2以及73%的烟尘都是燃煤排放的。人类不能继续依赖化石能源，必须开发清洁的、可持续的、可再生能源。太阳能是清洁的、取之不尽、可持续的能源。地球表面每年接受的太阳能是当前全世界每年消耗能量的9600倍。太阳在一小时内向地球提供的能量比世界一年消耗的能量还要多。如果以10%的效率使用太阳能，覆盖地球0.16%的土地每年就可提供20太瓦的能量。

　　太阳能的利用方式：一是太阳能转换为热能：太阳能热水器。二是太阳能转换为电能：太阳能电池。三是太阳能转换为化学能储存在生物质中：自然光合作用。四是太阳能转换为化学能储存在太阳能燃料中：人工光合作用。

　　（2）人工光合作用。氢是一种理想染料，燃烧值很高，燃烧时只生成水，一旦突破，生态将由碳循环变为氢循环，要进行水的裂解，要进行二氧化碳的还原。

　　4.光生物和光疗

　　（1）自然光合作用。植物的光合作用是地球上最重要、最大规模的物质和能量转化过程。每年将100TW的太阳能存储在生物质中，将2500亿吨CO2转化为生物质。光合作用的原初反应是在一系列镶嵌在光合膜上的超分子蛋白质复合体中进行的，光能传递和转换效率高达94-100%。水的光裂解是整个光合作用过程最关键的一步。

　　（2）视觉。

　　（3）生物发光。萤火虫，发光细菌，发光水母。

　　（4）光动力疗法。把光疗药物植入到病灶中，进行治疗。

　　5.光化学在信息技术中的应用

　　（1）显示材料和器件：有机发光二极管（OLED）

　　（2）芯片的制造：光刻胶

　　6.环境、健康和公共安全中的发光传感器

　　7.大气光化学。太阳光谱中有深紫外线辐射地球，他对皮肤照射会使皮肤生癌，对植物会使叶片黃化，甚至落叶。地球大气圈中的臭氧层吸收了有害紫外线的辐射，保护地球上的人类和动植物免遭短波紫外线的伤害。但是，由于空调使用氟利昂等，破坏了臭氧层，在南极和北极发现有臭氧层的空洞，将危害地球。停止使用氟利昂，才能慢慢修复臭氧层。

　　科普论坛由张志林局长主持，张局长首先欢迎佟院士到中科院老科协来做报告。报告后，张志林局长在总结中说：佟院士的报告带我们走进了光化学领域，什么是光化学，光化学研究什么问题，光化学的应用。让我们看到了光化学真的有用，是绿色化学的强大支撑，光化学在能源领域的应用。自然光合作用，我们举办过科普论坛。人工光合作用中，佟院士团队做出了重大贡献。我们看到了光化学在环境健康公共领域、公共安全领域的重要作用，为光动力治疗癌喝彩！佟老师和他的团队艰苦拼搏、勇攀高峰、集智攻关、就是为国为民，我们由衷感谢！

　　地质地球物理分会的会员们听后收获很大。对光化学研究和应用有了了解。愿我们对光化学的利用越来越多，生态将由碳循环变为氢循环，造福人类！

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　　（中科院老科协地质地球物理分会供稿）