2025年大學(xué)《分子科學(xué)與工程》專業(yè)題庫(kù)——分子材料的光電特性研究考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在括號(hào)內(nèi)）1.下列哪個(gè)物理量通常用來描述材料對(duì)可見光的吸收能力？A.透射率B.反射率C.折射率D.吸收系數(shù)2.在分子光電躍遷中，從基態(tài)的n軌道到激發(fā)態(tài)的π*軌道的躍遷通常發(fā)生在哪個(gè)光譜區(qū)域？A.紫外區(qū)B.可見光區(qū)C.紅外區(qū)D.X射線區(qū)3.斯托克斯位移現(xiàn)象指的是什么？A.熒光光譜相對(duì)于吸收光譜向長(zhǎng)波方向移動(dòng)B.熒光光譜相對(duì)于吸收光譜向短波方向移動(dòng)C.磷光光譜相對(duì)于吸收光譜向長(zhǎng)波方向移動(dòng)D.吸收光譜相對(duì)于熒光光譜向長(zhǎng)波方向移動(dòng)4.有機(jī)半導(dǎo)體材料中，共軛π鍵的形成主要有利于哪方面的提高？A.載流子遷移率B.晶體熔點(diǎn)C.化學(xué)穩(wěn)定性D.離子化能5.光伏器件產(chǎn)生電壓的基本原理是？A.光照導(dǎo)致材料電阻變化B.光生載流子在PN結(jié)內(nèi)建電場(chǎng)作用下分離C.材料對(duì)光的散射效應(yīng)D.PN結(jié)的歐姆特性6.下列哪種材料通常被認(rèn)為是一種n型半導(dǎo)體？A.苯胺B.三苯胺C.碳納米管D.硫化鎘7.表面等離激元共振（SPR）現(xiàn)象主要與哪種效應(yīng)相關(guān)？A.光的吸收B.光的干涉C.金屬表面的自由電子振蕩D.分子內(nèi)電子躍遷8.提高有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）器件效率和壽命的一個(gè)關(guān)鍵策略是？A.增加器件厚度B.優(yōu)化能級(jí)匹配C.降低器件工作電壓D.使用更便宜的發(fā)光材料9.光電導(dǎo)效應(yīng)是指？A.材料在光照下電阻增加B.材料在光照下電阻減小C.材料在光照下產(chǎn)生熱量D.材料在光照下產(chǎn)生化學(xué)變化10.研究分子材料光電特性最常用的光譜工具是？A.核磁共振波譜儀B.紅外光譜儀C.紫外-可見吸收光譜儀D.質(zhì)譜儀二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.分子材料的禁帶寬度與其光電躍遷所需的能量__________。2.熒光量子產(chǎn)率是指單位光能輸入下所發(fā)射的光能占總輸入光能的__________。3.在設(shè)計(jì)用于光伏器件的有機(jī)給體和受體材料時(shí)，通常需要考慮兩者之間合適的__________，以實(shí)現(xiàn)有效的激子解離。4.碳納米管可以表現(xiàn)出優(yōu)異的光電特性，這與其獨(dú)特的__________結(jié)構(gòu)和電子態(tài)有關(guān)。5.拉曼光譜與紅外光譜的主要區(qū)別在于它們分別對(duì)應(yīng)于分子振動(dòng)模式的__________和__________。三、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述光生伏特效應(yīng)的基本過程。2.分子結(jié)構(gòu)中的給體單元和受體單元在光伏器件中通常扮演什么角色？它們之間需要滿足什么條件？3.什么是斯托克斯位移？簡(jiǎn)述其產(chǎn)生的原因。4.與無(wú)機(jī)半導(dǎo)體相比，有機(jī)分子半導(dǎo)體的光電特性有哪些主要優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)？四、計(jì)算題（每小題6分，共12分）1.某有機(jī)半導(dǎo)體材料在300nm處的吸收系數(shù)為104cm-1。假設(shè)樣品厚度為500nm，入射光強(qiáng)為1.0W/cm2，求樣品對(duì)入射光的透射率。2.已知某有機(jī)材料的熒光量子產(chǎn)率為0.6。如果輸入該材料的光能量為10焦耳，計(jì)算該材料能發(fā)射多少焦耳的熒光光能。五、論述題（每小題8分，共16分）1.闡述分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)有機(jī)材料光電性能（以發(fā)光性能或光伏性能為例）的影響，并舉例說明。2.結(jié)合實(shí)例，論述表面等離激元共振（SPR）技術(shù)在分子材料光電特性研究或相關(guān)應(yīng)用中的重要性。試卷答案一、選擇題1.D2.A3.A4.A5.B6.D7.C8.B9.B10.C二、填空題1.成正比2.比例3.能級(jí)匹配4.碳籠/管狀5.拉曼散射/反斯托克斯；紅外吸收/斯托克斯三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：從光照激發(fā)開始，到電荷產(chǎn)生、分離，再到電荷在電場(chǎng)作用下移動(dòng)形成電流和電壓，最后結(jié)束于電荷被外部電路收集。需涵蓋光吸收、載流子產(chǎn)生、內(nèi)建電場(chǎng)、電荷傳輸、電荷收集等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。2.解析思路：給體負(fù)責(zé)在光照下產(chǎn)生電子（光生空穴），受體負(fù)責(zé)在光照下產(chǎn)生空穴（光生電子），形成激子。強(qiáng)調(diào)能級(jí)匹配的重要性，即給體的最高occupiedmolecularorbital（HOMO）能級(jí)應(yīng)低于受體的最低unoccupiedmolecularorbital（LUMO）能級(jí)，以保證激子解離成自由載流子。3.解析思路：從激發(fā)態(tài)粒子通過無(wú)輻射躍遷（如振動(dòng)弛豫）損失能量回到較低激發(fā)態(tài)或基態(tài)開始解釋。強(qiáng)調(diào)這是從較高激發(fā)態(tài)（吸收峰）躍遷到較低激發(fā)態(tài)（發(fā)射峰）時(shí)必然發(fā)生的能量損失過程，導(dǎo)致發(fā)射光譜波長(zhǎng)長(zhǎng)于吸收光譜。4.解析思路：優(yōu)勢(shì)可從可溶液加工、易于功能化設(shè)計(jì)、色彩豐富等方面論述。劣勢(shì)可從載流子遷移率相對(duì)較低、器件穩(wěn)定性、光電轉(zhuǎn)換效率等方面論述。四、計(jì)算題1.解析思路：使用比爾-朗伯定律A=εbc，其中A=1-T（T為透射率），ε為吸收系數(shù)，b為路徑長(zhǎng)度，c為濃度（此處可視為影響吸收的因子，但題目給出的是吸收系數(shù)而非吸光度）。先計(jì)算吸光度A，再求透射率T=10^(-A)。計(jì)算過程：A=(104cm^-1)*(500nm/10^7cm)*c=(104*0.05)*c=5.2c。假設(shè)光程中有效濃度c對(duì)應(yīng)的吸光度遠(yuǎn)小于1，則A≈5.2c。又A=1-T，故1-T≈5.2c。題目未給濃度c，但通常這類題目隱含單位濃度或假設(shè)吸光度小，若按吸光度≈5.2計(jì)算，T=1-5.2=-4.2，不合理。更正思路：直接用A=εbc，若考慮單位濃度情況（c=1），A=5.2。T=10^(-A)=10^(-5.2)≈6.3x10^-6。考慮到樣品厚度是500nm，吸收系數(shù)是104cm^-1，計(jì)算得到的透射率非常低，說明假設(shè)單位濃度可能不適用，但題目未給濃度，按吸光度5.2計(jì)算，T=10^-5.2。若按更直觀思路，不引入濃度，A=εb=104*0.05=5.2，T=10^-5.2。此計(jì)算結(jié)果極低，可能題目數(shù)據(jù)或單位需審閱。若簡(jiǎn)化為T=exp(-5.2)≈0.005，即0.5%。（注：標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算應(yīng)為T=exp(-(104)*(0.05))=exp(-5.2)≈0.0056或0.56%）。2.解析思路：直接使用熒光量子產(chǎn)率公式ΦF=(發(fā)射光能/輸入光能)。已知ΦF=0.6，輸入光能=10J，代入公式計(jì)算發(fā)射光能。計(jì)算過程：發(fā)射光能=ΦF*輸入光能=0.6*10J=6J。五、論述題1.解析思路：首先說明分子結(jié)構(gòu)（如共軛長(zhǎng)度、取代基、能級(jí)）如何影響電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)躍遷。以發(fā)光為例：共軛長(zhǎng)度增加通常增大HOMO-LUMO能隙，影響發(fā)射波長(zhǎng)；給體/受體單元的能級(jí)匹配決定激子解離效率和光伏器件性能；引入特定的取代基可以調(diào)控分子堆積、能級(jí)和穩(wěn)定性。然后結(jié)合具體例子，如PPV衍生物顏色隨共軛程度變化，或給-受體疊層結(jié)構(gòu)在光伏器件中能級(jí)匹配的重要性。2.解析思路：首先解釋SPR現(xiàn)象的物理基礎(chǔ)（金屬表面等離子體激元的共振吸收）。然后論述其在光電特性研究中的應(yīng)用：可作為高靈敏度表面分析技術(shù)（