应用阈值光电子-光离子符合技术研究若干分子电离解离动力学

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shengyue1212
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本论文中,我们采用了两套阈值光电子-光离子符合速度成像装置,结合同步辐射光电离技术,分别开展了氯乙烯,氟甲烷以及碳酸二甲酯分子的光电离-解离动力学研究。两台光电子-光离子符合速度成像谱仪分别工作于合肥同步辐射光源和瑞士光源。合肥光源的符合谱仪是我们实验室自主搭建的,可同时对电子和离子进行速度聚焦,并通过推斥电场放大电子图像,从而降低热电子污染,提高光电子的能量分辨,该谱仪在符合离子速度聚焦影像的能量分辨E/Δ E优于3%,有助于我们测量碎片离子的平动能释放及角分布。瑞士光源的符合谱仪(iPEPICO)只对光电子实现速度聚焦成像,离子则采用经典的Wiley McLaren飞行时间质谱设计,其阈值电子能量分辨可达3 meV,非常适合于测量小分子有机物的异构化和解离过程,能够得到精确的碎片离子出现势和反应焓。针对氯乙烯分子的电离-解离过程,我们开展了内能态选择的离子解离动力学研究。在11.0-14.2 eV范围内,通过光电离直接得到A2A’、B2A"和C2A’电子态的氯乙烯离子。在该范围内,我们只观测到了 C2H3+一种碎片离子。通过对不同能态氯乙烯离子解离产生的C2H3+碎片进行三维时间切片的离子速度聚焦成像,我们直接测量了碎片的平动能分布和角度分布。处于B2A"电子态的氯乙烯离子解离时,总的平动能分布可以分为统计解离(玻尔兹曼分布)和非统计解离(高斯分布)两部分;而当激发光能量超过C2A’电子态后,又增加了一个具有较低平动能释放的非统计解离途径。结合时间依赖的密度泛函理论计算的氯乙烯离子C-C1断键势能面,我们给出了处于B2A"和C2A’电子态的氯乙烯离子解离机理。类似的,我们在12.40-19.90 eV能量范围内对内能选择的氟甲烷离子C-H和C-F键解离动力学进行了研究。在较低的能量(如X2E电子态)下,CH3F+是唯一的碎片离子,而在A2A1和B2E离子态时,CH3+是主要的解离产物。氟甲烷离子X2E态的解离表现为各向同性,且总的动能释放为典型的玻尔兹曼分布,这与氟甲烷离子脱氢为预解离过程的性质一致。A2A1和B2E电子态下,解离产物CH3+的角分布为垂直解离。结合理论计算的氟甲烷离子脱氢和脱氟势能曲线,我们可以得到其各电子态的解离机理:CH2F+是从X2E态的Jahn-Teller分裂的12A’态解离产生,而在A2A1态下直接快速C-F断键解离,B2E态的氟甲烷离子则主要通过内转换到A2A1态后再解离。在10.3-12.5 eV真空紫外光作用下,碳酸二甲酯发生典型的解离电离过程。在电离能附近,其阈值光电子谱存在着清晰的振动结构。通过Franck-Condon拟合,我们确定这些振动来自于0-C-0弯曲振动和C=0伸缩模式的结合,在此基础上,我们得到了碳酸二甲酯的电离能为10.47±0.01eV。随着能量的增加,更多的异构和解离通道逐渐出现。通过拟合Breakdown曲线,我们得到了主要解离通道的0 K出现势,理论计算的解离路径也很好地解释了实验观察的主要产物。在此基础上,我们进一步得到了碳酸二甲酯的生成焓ΔTHOK(DMC(g))=-548.3 ±1.5 kJ/mol,碳酸二甲酯阳离子的生成焓ΔTHOK(DMC+(g))=461.9±1.8kJ/mol。
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