等离激元催化反应动力学研究装置

等离激元催化是利用金属纳米颗粒的局域表面等离激元来驱动化学反应的现象,已经发展成为多相催化的一个新兴研究领域.然而,实验研究中温度测量不准和反应物吸附状态不明确导致等离激元催化反应的微观机制存在争议.为了研究等离激元催化反应动力学,本文设计搭建了一台基于在线质谱检测的装置,通过对反应器的改进来解决温度测量和吸附状态识别的问题.相比于传统设计中仅安装一个热偶,本文在反应器中安装了三个热偶.基于传热模型,这种多点测温技术可以定量计算出催化剂的有效温度以及热反应的贡献.此外,在装置中集成了程序升温脱附谱,用于测量反应物的吸附状态.通过对模型催化反应Au/TiO_(2)等离激元催化H_(2)+D_(2)→HD的定量测量,测试了该装置的性能,明确了H_(2)/D_(2)在Au/TiO_(2)界面的解离吸附和非热反应对HD生成的贡献,证明了该装置在等离激元催化反应动力学研究方面的能力.

基元化学反应态态动力学研究

化学反应动力学是化学领域最基础的学科之一,量子态分辨的基元化学反应动力学在最为基本的原子与分子的层次上对化学反应的机制提供深刻的理解。该领域的科学家们通过精心设计的实验和高精度的理论计算,使得态态反应动力学在过去的半个多世纪中取得了长足的进步,实验和理论的相互结合极大地促进了我们对化学反应本质的认识。本文从实验研究的角度,通过对实验技术的发展和对H2O光解离、H+H2、F+H2、Cl+H2、OH+H2、F+CH4等具体实例的态态动力学研究的简介,概要介绍了过去20年里态态化学反应动力学研究所取得的进展,希望借此为读者提供对化学反应动力学领域的一个概略认识。

离子速度成像方法研究CF_3I分子光解反应动力学

建立一套离子速度成像系统，这套系统通过采用最新的“速度映像”技术克服了离子源空间分布对速度分辨率造成的模糊。利用这套系统得到了CF3I在277nm附近光解反应产物I*（2P1／2）和I（2P(3／2)）的速度和角度的高分辨率分布，首次利用重构的I（2P(3／2)）碎片的三维空间速率分布揭示了其两个不同的解离通道。

用CRDS技术研究分子光谱和气相反应动力学

介绍了用ＣＲＤＳ技术研究分子光谱和气相反应动力学，把ＣＲＤＳ光谱技术应用于Ｉ２（Ｂ３∏（０＋ｕ）←Ｘ１∑＋ｇ）的光谱，利用ＣＲＤＳ方法测量了反射镜的反射率，Ｉ２的蒸汽压为０．１Ｐａ，脉冲激光能量为０．１ｍＪ。

化学发光反应Ca（3P）＋CF3I,CH3I的动力学研究

本文在束-气条件下,研究了化学发光反应Ca+CF_3I,CH_3I,测得总碰撞截面分别为118±15(?)~2,131±5(?)~2,化学发光截面分别为3.6±0.2(?)~2,4.5±0.5(?)~2。其结果与反应Ca(~1S_0)+CF_3I,CH_3I反应截面的大小顺序相反。化学发光光谱分析表明:反应Ca(~3P)+CF_3I的产物CaI(A,B)的振动激发几率大于反应Ca+CH_3I。最后,利用鱼叉机理,统计理论以及DIPR模型对上述“奇异”实验现象进行了解释。

H_(2)S^(+)在A^(2)A_(1)(v1=1,v2=8,v3=0)激发态的光解动力学

振动激发在分子和离子的光解动力学中有着重要的作用:开展特定振动激发态分子离子的光解离动力学实验研究存在很大挑战,尤其是实现合频振动激发离子的量子态选择的制备.本文利用时间切片离子速度成像技术研究了H_(2)S^(+)离子经A^(2)A_(1)(v1=1,v2=8,v3=0)激发态解离生成S^(+)(4S)和H_(2)的光解动力学.实验结合多光子电离和共振激发技术制备了振动激发的H_(2)S^(+),获得了离子在357.02~358.38nm范围内六个光解波长下产物S^(+)的速度影像.根据实验影像,获得了产物的总平动能谱和不同转动态的角分布各项异性参数特别指出地是在很窄的光解能量范围内,转动产物H_(2)(J=1)和H_(2)(J=3)的分支比出现多次反转,该现象与A^(2)A_(1)态单一振动模式激发的H2S+离子的光解动力学行为有明显不同.该研究表明,合频振动激发的H_(2)S^(+)离子光解动力学中可能存在振动模式之间的协同效应.

一氧化二氮的光解动力学:O(^(1)D)+N_(2)(X^(1)∑_(g)^(+))产物通道

由于一氧化二氮(N_(2)O)在大气化学中的重要性,本文使用时间切片的离子速度成像技术重新研究了一氧化二氮在紫外吸收区域的光解离动力学.采用单色光测量了203.814nm和205.472nm光解产物O(^(1)D)的离子影像,以及采用双色光记录了从200到220nm范围八个光解波长下解离产物O(^(1)D)的图像.产物N_(2)(X^(1)∑_(g)^(+))碎片的转动态分布和各向异性参数的信息可以从图像中获取:实验结果表明,N_(2)产物的转动态分布发生反转,最大值在J≈70.随着N_(2)转动量子数J增加,各向异性参数β表现出两次显著的下降.根据前人的理论计算[J,Chem.Phys.136,044314(2012)],初始线性构型的轴向反冲程度的不同导致了β随J的变化.然而,在高J区域,非绝热跃迁之后的基态势能面上存在额外的扭矩,从而引起额外的转动激发和较低的β值.采用真空紫外单光子电离O(^(1)D)原子的双色实验能够准确地获得产物的转动态分布和角分布.该工作加深了对三原子分子光解机制的进一步理解.

O+NH反应在~3A″和~1A″势能面上的量子含时波包动力学研究(英文)

对于O+NH反应,在~3A″和~1A″势能面(Guadagnini R,Schatz G C,Walch S P.Global potential energysurface for the lowest^1 A′,~3A″,and^1A″states of HNO[J].J.Chem.Phys.,1995,10:774)上,我们运用coupled state or centrifugal sudden(CS)近似和close coupling or Coriolis coupled(CC)方法进行了量子动力学计算.通过比较两种方法得到的总的反应几率,我们发现对于两个势能面上的标题反应,CS近似是失效的.我们还讨论了用CS和CC方法得到的速率常数,并进行了结果比较.

双原子分子多光子电离强场效应的含时波包动力学研究

强激光非线性条件下分子的多光子电离过程呈现出较为明显的强场效应.由于这种效应不能用传统的量子微扰论来处理,“缀饰态”模型方法提供了物理图象清晰的处理光与物质相互作用的方案.本文基于含时波包动力学的基本理论,将激光场看作经典场,利用“缀饰态”模型研究了强场下双原子分子(NO、RbI等)的多光子电离过程.研究表明,激光场的强度、泵浦-探测脉冲延迟时间等对多光子电离光电子能谱的形状有着重要的影响,而这种影响是由光诱导势引起的.另外,在研究具有两个连续态的RbI体系时,自电离现象的发生也与势能面的交叉密切相关,并受外场强度的影响.本文计算模拟外场中分子的光电子能谱时所得到的强场效应对理解和实现原子分子过程的激光操控具有重要的意义.

S（^1D）＋D2反应的立体动力学理论研究

在abinitio势能面上利用非含时量子反应散射理论研究了S(1D)+D2反应在散射能为22.18kJ·mol-1时的立体动力学.计算的微分反应截面呈现弱反对称的前向后向散射,这一结果与以前的准经典结果和实验结果相一致.态分辨的极化依赖的微分反应截面和极化参数显示产物极化并非各向异性分布,这意味着在反应过程中由于势能面上存在一个深势阱从而形成了长寿命的复合物.

亚硝基苯光解动力学实验研究中的荧光检测

硝基和亚硝基化合物光解反应在大气化学中占有重要地位.对亚硝基苯光解产物NO荧光的检测,能够直接得到初生态NO的内能态,获得振动和转动能量配置的详细信息.本文介绍了一套应用于亚硝基苯光解动力学实验研究中的荧光信号检测系统,该系统能够精确控制激发光与解离光的相对延迟,大大降低了两束激光之间的抖动,得到了好的信噪比和分辨率的荧光光谱.

双原子分子多光子电离强场效应的含时波包动力学研究

强激光非线性条件下分子的多光子电离过程呈现出较为明显的强场效应．由于这种效应不能用传统的量子微扰论来处理。“缀饰态”模型方法提供了物理图象清晰的处理光与物质相互作用的方案．本文基于含时波包动力学的基本理论，将激光场看作经典场，利用“缀饰态”模型研究了强场下双原子分子（NO、RbI等）的多光子电离过程．研究表明，激光场的强度、泵浦-探测脉冲延迟时间等对多光子电离光电子能谱的形状有着重要的影响。而这种影响是由光诱导势引起的．另外，在研究具有两个连续态的Rbl体系时，自电离现象的发生也与势能面的交叉密切相关，并受外场强度的影响．本文计算模拟外场中分子的光电子能谱时所得到的强场效应对理解和实现原子分子过程的激光搛控具有重要的意义．

用精确的量子力学方法研究N+OD反应的动力学性质(英文)

采用close coupling (CC)方法,在3A″势能面上[Guadagnini R,Schatz G C,Walch S P.Global potential energy surface for the lowest 1A′,3A″,and 1A″ states of HNO [J].J.Chem.Phys.,1995,10: 774],我们利用量子含时波包方法对N + OH的同位素反应-N+OD进行了研究.在0.0～0.8 eV的平动能范围内,选态的反应几率受共振结构支配.利用J-shifting方法计算,我们得到了基态的速率常数,并对分子间的同位素效应进行了研究.

含时波包动力学方法研究飞秒激光场下NH_3分子通过中间预解离态的光电子能谱

本文首次利用二维含时波包动力学理论研究了飞秒激光场下NH3 分子通过中间预解离态 ～A的共振增强多光子电离光电子能谱 (REMPI -PES) ,得到了与实验相同的结果。计算中应用多项式函数拟合从头算结果得到的内坐标下的二维解析势能面包括基态 ～X、中间预解离态 ～A以及其它准连续的电子 离子对态 ,并经坐标变换得到质量加权坐标系下的相应势能面。劈裂算符 -快速傅立叶变换 (FFT)方法是波包传播的基本方法。计算分析表明 ,脉冲的形状 (强度、脉宽等 )对光电子能谱有着很大的影响 ,能谱中的三组峰簇可以认为是由强场对势能面的影响引起的 ,因而强场效应是解释飞秒时间分辨光电子能谱的关键。这种思想对实现原子和分子过程的相干控制具有重要的意义。

氯原子与甲酸反应的反应路径和动力学研究

用从头算UMP2方法采用 6 3 11+G 基组详细研究了Cl原子与甲酸反应的最佳反应路径 ,对所有驻点都进行了G2单点能校正 ,结果表明 :在Cl与HCOOH反应的过程中 ,Cl原子主要夺取trans HCOOH中C端的H原子 ,产生cis HOCO基团 ,反应的势垒为 16 7kJ/mol.考虑Cl原子存在下的二级反应 ,cis HOCO将通过通道R1a1和R1a2 生成trans HOCOCl再分解为最终产物CO2 .cis HOCO和trans HOCO自由基与Cl原子的反应为放热和无势垒过程 .而HOCO和HOCOCl两个中间体的cis 到trans 转化势垒分别为 15 1和 3 3 5kJ/mol.由于构型的原因 ,HOCOCl分解成CO2 和HCl必须通过trans 构型来进行 .这步反应的势垒较高 ,为 13 1 0kJ/mol.2 98K时 ,采用经典过渡态理论计算得到的引发步骤的H 迁移反应的速率常数与实验值符合很好 .也计算了甲酸二聚体与Cl原子的H 迁移反应的速率常数 .

噁嗪750激光染料分子在醇类溶剂中超快动力学研究(英文)

利用飞秒时间分辨荧光亏蚀光谱技术,研究了噁嗪750激光染料分子在典型的醇类溶剂中超快动力学过程.实验发现两个超快动力学过程:飞秒量级的快速弛豫过程和皮秒量级的慢速弛豫过程.快速弛豫过程来源于分子内振动能量再分配(IVR)和溶剂分子超快惯性弛豫动力学过程,而慢速弛豫过程对应于溶剂化的扩散分子弛豫动力学过程.实验结果表明慢速弛豫过程的时间常数随醇溶剂分子间氢键键能的增强而增大.

细胞色素P450 2E1催化下乙醛羟基化反应动力学同位素效应的理论研究

采用建立在Eyring绝对反应速率理论基础上的计算模型,对细胞色素P4502E1催化下乙醛羟基化反应动力学同位素效应进行了理论研究.计算表明,乙醛羟基化反应的动力学同位素效应大小约为5.0(Wigner量子校正后约为7.0左右),远比烷烃羟基化反应的动力学同位素效应要小的多.这个反应对温度比较敏感,所以反应存在明显的量子隧穿现象.文中还对动力学同位素效应给出了相应的过渡态构型方面的解释.

H＋CH→H2＋C(1D)反应的立体动力学研究

利用从头计算的对称性为1A1的势能面，用准经典轨线（QCT）方法在不同的碰撞能下研究了反应H＋CH→H2＋C（1D）的产物和反应物的矢量相关性质．在质心系下计算了四个极化微分反应截面．计算并讨论了描述k和j1夹角分布关系的P（毋）和描述k-k1-j1的二面角分布关系的P（竹）．计算结果表明势能面上的深势阱和不同的碰撞能对产物分子H2有重要影响．

O^++H_2→OH^++H反应的动力学研究

采用含时量子波包方法结合二阶分裂算符传播子对初始态为(v=0, j=0)的O^++H_2→OH^++H反应体系在0.01—1.00 eV的碰撞能范围内进行了态分辨理论水平上的动力学计算.对反应概率、积分截面、微分截面以及固定初始态的热速率常数等动力学信息进行了计算并与文献报道的实验和理论结果进行了比较.结果表明本文的理论结果与实验结果十分符合.从微分截面的散射信息可知,在低碰撞能范围内,插入反应机制在反应中占据主导地位.随着碰撞能的增加,反应机制逐渐由插入机制变为抽取反应机制.

飞秒时间分辨质谱方法研究CF_3I光电离动力学

利用飞秒双色泵浦 探测 (pump probe)飞行时间质谱方法研究了CF3 I分子多光子电离动力学 ,所用泵浦光及探测光的中心波长分别为 2 6 5和 398nm .获得了母分子离子CF3 I+ 信号及其碎片离子CF3 + 和I+ 信号的寿命衰减常数分别为 (96± 7)、(198± 13)和 (16 7± 6 )fs.这些离子产生的多光子通道机理不同 :CF3 I来自 (1+2′)跃迁 ,单光子泵浦光与CF3 IA带共振 ;驭光子泵浦光激发CF3 I分子到 5 pπ7sδ(2 Π1/ 2 )里德伯态 ,单光子探测光电离产生的母分子离子解离产生CF3 + ;I+ 来自 (2 +2′)和 (1+1′ +2′)