小分子团簇的同步辐射光电离

同步辐射光电离质谱技术是研究小分子团簇的重要手段。通过测量团簇离子的产生阈值,可获得团簇的电离势、离解能、质子亲和能、溶剂化作用能、生成热等热化学数据;通过电离离解产物的测量,可以了解团簇内的质子转移、电子转移、离子-分子反应等弛豫过程。本文对同步辐射光电离质谱实验装置、小分子团簇的热化学及弛豫过程作了较详细的介绍。     

C4H5N-(H2O)n氢键团簇的多光子电离与从头计算研究

在355、532nm激光波长下用TOF质谱研究了C4H5N-(H2O)n氢键团簇体系的多光子电离。二波长下均得到一系列C4H5N-(H2O)n+及质子化产物C4H5N-(H2O)nH+。355nm下可能存在双光子共振电离过程,使得该波长下吡咯母体及团簇离子信号较532nm有明显增强。从头计算结果表明质子化产物的质子更可能连接于吡咯环的α-C原子,而不是N原子上,即光电离过程诱发了一个簇内的质子转移反应。在532nm下质子化产物的生成主要来自于一个发生于团簇内部的Penning电离或电荷转移过程。团簇的形成对吡咯光解产物的稳定化作用使得团簇系列C4H4N-(H2O)n+出现反常强度变化。     

C4H5N-(NH3)n氢键团簇的多光子电离与从头计算

在355和532nm激光波长下用TOF质谱仪研究了C4H5N-(NH3)n系列氢键团簇体系的多光子电离.实验发现,两波长下除了得到一系列团簇离子外,还观测到一系列质子化产物C4H5N-(NH3)n－H＋.这些质子化产物来自于光电离过程中团簇内部的质子转移反应;系列离子出现反常强度变化,即离子强度较离子明显减小;从头计算结果表明,上述现象是由于中性团簇稳定性的差异造成的.     

吡啶团簇的飞秒光电离和从头计算研究

用飞秒激光电离飞行时间质谱研究了吡啶分子团簇在400 nm波长下的多光子光电离,实验观测到一系列的质子化和非质子化团簇离子.结果表明,质子转移也能发生在弱氢键结合的分子间.通过分析离子峰宽和离子信号强度随气源压力的变化,得到质子化团簇离子来源于大团簇离子的碎裂,而非质子化团簇离子是中性团簇直接电离的结果.从头计算结果表明,吡啶团簇是通过弱氢键C-H…N 结合在一起的,并且团簇离子离解倾向于生成质子化产物.     

激光烧蚀Al+与乙醇团簇的反应研究

利用激光烧蚀-分子束法对Al等离子体与乙醇团簇的反应进行了研究.飞行时间质谱测得的主要反应产物有Al⁺(C₂H₅OH)_n (n=3～10)与H⁺(C₂H₅OH)_n (n=1～14)团簇正离子和(C₂H₅OH)_n(H₂O)OH^- (n=0～8)团簇负离子.实验发现,烧蚀产生的Al等离子体与脉冲分子束的不同位置反应,对团簇离子的类别、大小及强度分布均产生很大影响.Al等离子体与脉冲分子束的前段反应,主要产生金属-复合物团簇离子Al⁺(C₂H₅OH)_n,且信号较强;Al等离子体与脉冲分子束的中段及后段反应,主要产生质子化团簇离子H⁺(C₂H₅OH)_n和团簇负离子(C₂H₅OH)_n(H₂O)OH^-,同时还出现强度较小的其他水合团簇离子,如H⁺(H₂O)m(C₂H₅OH)_n (m=1～2)等.     

金基二元合金团簇Au_(12)M(M=Cu,Pt,Ni)催化水煤气变换反应的理论研究

利用密度泛函理论(DFT)对Au12M(M=Cu,Pt,Ni)3种合金团簇的结构稳定性、热力学稳定性和反应活性进行研究,并对金基二元合金团簇催化水煤气变换反应(WGSR)的反应机理进行探讨.研究发现,Au12Ni合金团簇的稳定性及电子活性最优.考察了WGSR在金基二元合金团簇上的氧化还原机理和羧基机理,表明Au12Cu合金团簇上WGSR按照氧化还原机理A进行,水解离后产生的OH*会继续解离为O*和H*(*代表吸附物质);Au12Pt及Au12Ni合金团簇上按照氧化还原机理B进行,2个OH*发生歧化反应.比较3种团簇上的最佳反应路径发现,Au12Cu团簇对WGSR表现出较好的催化活性.     

激光溅射-分子束法研究镁、铝离子与乙腈分子的气相化学反应

利用激光溅射-分子束技术研究了Mg+、 Al+与乙腈分子的气相团簇反应.根据反射式飞行时间质谱检测的结果发现, Mg+、 Al+与乙腈分子反应形成不同尺寸的团簇离子产物,其中Al+与(CHCN)n的结合数n=1～10,而Mg+与(CHCN)n的结合数n=1～5. Al+(CHCN)n、 Mg+(CHCN)n团簇离子产物的强度分布都存在明显的强度间隙现象. Al+与(CHCN)n进行缔合时,出现了两个强度间隙;而Mg+与(CHCN)n进行缔合时,则只存在一个强度间隙. Al+的第一强度间隙在n=4～5,第二强度间隙在n=6～7;而Mg+的强度间隙在n=2～3.     

气相金属催化反应综述

金属催化剂在工业、环境、能源以及生物等过程具有重要的应用.设计具有特定活性、环境友好型以及室温下具有反应活性的催化剂,需要在分子水平对金属催化剂的基元步骤,活性位点的结构以及催化反应微观机理有充分的认识.然而,由于宏观催化剂表面结构异常复杂,催化反应常受到溶剂、压力、金属颗粒团聚、催化剂表面缺陷等因素的干扰,利用现有实验仪器,从微观角度探索金属催化反应机理仍具有较大挑战,因此,对金属催化剂活性位的结构以及反应微观机理的认识还不十分清楚.质谱方法结合现代量子化学理论计算,提供了在气相条件下实验探索化学反应微观机理的有力工具,团簇反应可在隔离外界条件、可控以及可重复条件下进行,可以排除一些难以控制因素的干扰,可在化学键和分子结构水平认识金属活性位的结构以及催化反应的微观机理.气相金属团簇离子可用多种实验方法制备,与反应物分子反应后可利用多种质谱仪器探测,根据实验上所得的具有反应活性的团簇,结合现代量子化学理论模拟,得到金属催化反应的基元步骤以及微观反应机理信息,所得反应机理信息为宏观催化剂的设计提供重要理论研究基础.本综述总结了团簇实验上已经探测到的金属单原子离子、金属团簇、金属氧化物团簇和金属化合物催化的气相反应.反应物分子囊括了大量的无机和有机分子,包括CO,H2,CH4,C2H2,C2H4,C6H6,CH3OH,HCOOH,CH3COOH等.本综述主要介绍了以下三类催化反应:(1)CO催化氧化;(2)CH4催化转化;(3)催化脱羧反应,并重点关注贵金属单原子掺杂团簇独特的催化反应性.单原子催化剂可最大限度地利用有限的贵金属.在化学反应方面,单原子催化剂具有特异的反应活性,选择性以及稳定性.本综述对气相团簇反应中报道的两个重要的贵金属单原子掺杂团簇的催化反应进行了详细介绍:(1)金原子掺杂的AuAl3O3-5+团簇为首次报道的可以利用分子氧催化氧化CO的团簇单原子催化剂,我们对Au原子起催化作用的本质原因进行了介绍:(2)铂原子掺杂的PtAl3O5-7-团簇能利用分子氧催化氧化CO,该研究提出了"电负性阶梯"效应来解释Pt原子催化的微观机理,且此效应有望对大部分贵金属适用.此外,本综述对CO催化氧化反应和CH4催化转化反应的研究现状以及尚未解决的问题进行了剖析.相比CO的催化氧化反应,科学家对CH4催化转化反应机理的认识还不够深入,还需要进一步实验研究,而团簇单原子催化剂有望在此领域有所突破.     

应用MALDI-FTICRMS技术研究气相中含钨系列离子簇

以Keggin型磷钨酸为原料, 2,5-二羟基苯乙酮(DHAP)和2,4,6-三羟基苯乙酮(THAP)为基质, 使用基质辅助激光解吸/电离-傅里叶变换离子回旋共振质谱(MALDI-FTICRMS)技术研究气相中金属相关簇的稳定性及气相离子-分子反应. 在气相中获得不同系列的-1价含钨离子簇, 准确确定各系列离子簇的组成及Magic Numbers物种, 并发现基质与钨相互作用生成有机-无机杂化离子簇系列. 结果表明, MALDI-FTICRMS技术适用于研究气相中团簇离子的稳定性及气相离子-分子反应.     

氦原子碰撞诱导解离表征原子团簇上小分子的吸附

研究原子团簇上小分子的吸附和反应对认识一些复杂化学过程的微观机理非常重要,为了表征小分子如何吸附在原子团簇上,我们研制了一套氦原子碰撞诱导解离串级飞行时间质谱装置.该装置配有激光溅射团簇源,团簇在快速流动管里与一氧化碳、水等小分子发生反应,产物团簇通过第一级飞行时间质谱选质后与一束氦气(He)发生碰撞,使用第二级飞行时间质谱检测碰撞碎片的分布.结果表明:一些过渡金属氧化物团簇上小分子的弱吸附、强吸附以及氧化性吸附能够通过该实验装置进行表征.     

有机磷化合物的质谱研究(Ⅶ)——二氮二磷杂环戊烷衍生物的化学电离质谱

本文报道了七种4.5-二氧代-2-硫代-1,3,2,4-二氮二磷杂环戊烷衍生物的化学电离质谱(CIMS,甲烷为反应气),结果表明:CIMS中准分子离子MH~+为基峰离子;MH~+离子易发生失去H_2S,CO,C_3H_6等小分子的裂解,(M+C_2H_5)~+离子存在再断裂。     

Protonation and Dehydrogenation During the Multiphoton Ionization of the Cluster: C_4H_5N(H_2O)_n

Proton transfer process in hydrogen-bonded clusters has attracted great interest of many chemists in physical chemistry and biochemistry1-5. Pyrrole (C4H5N) is one of the building blocks of some important biomolecules6. And pyrrole is a compound of five-membered hetero-cyclic aromatic ring, in which a lone pair of electrons offered by the N atom and the two double bonds form a delocalized big ( bond. In this paper we report on the observations for the cluster system pyrrole-water by use of a…     

碘乙烷激光裂解反应通道及产物的能量分布

用分子束和飞行时间技术测量了248 nm激光光解过程C_2H_5I→C_2H_5+I°(~2p_(1/2))和C_2H_5I→C_2H_5+I(~2p_(3/2))裂解碎片的平动能和内能分布。测得通道比I~*/I为2.37。根据实验结果, 对光解过程中电子激发态特性, 产生I(~2p_(3/2))通道的机理以及乙基自由基的振动激发作了讨论。     

4[CuCl(C5H5N)4]·[W10O32]·2(C5H5N)·3H2O的合成及晶体结构

标题化合物是通过(NH_4)_2WS_4, CuCl_2·2H_2O在吡咤溶液中反应制得。晶体呈蓝色, 属三斜晶系, 空间群P1, 晶胞参数为:a=1.3555(7), b=1.3666(5), c=1.7860(13) nm, α=69.08(4)°, β=87.39(5)°, γ=70.72(4)。V=2.907(3) nm, Z=1, D_m=2.56 g cm~(-3)。结构由Patterson法和Fourier法测出。对5692个收集到的独立衍射数据进行计算, 最后R=0.046。结构测定表明, 晶体由W_(10)O_(32)~(4-), [CuCl(C_5H_5N)_4]~+, C_5H_5N和H_2O所组成。W_(10)O_(32)~(4-)的结构见图1, W原子处在O原子的八面体配位中, 彼此共边和共顶点相连。[CuCl(C_5H_5N)_4]~+的结构见图2, Cu原子由1个Cl和4个N原子配位, 呈略有变形的四方锥形, 这种离子是首次报导。C_5H_5N和H_2O填入正负离子堆积的空隙中。     

小分子盐对盐酸十八胺单层膜影响的研究

利用Langmuir单层膜模拟生物矿化过程或者是利用LB膜技术构筑层状固体模板来制备与组装纳米材料已成为新的研究热点~([1,2]),因为通过变换成膜材料及制备条件,可以调控生成材料的性质.Langmuir单分子膜的成膜性能直接决定着LB膜的沉积质量、结构和性能~([3,4]).     

3-氯-1，2-环氧丙烷的同步辐射光电离

杂环类化合物在自然界中分布十分广泛,且许多具有生物活性,它们大多数在生物的生长 发育、遗传和衰亡过程中起着关键的作用［１,２］．含氧三元杂环体系是最基本、最简单的杂环化合 物,分子中的含氧三员环,具有很大的张力,且存在很强的极性共价键,使其易于发生定向开环 反应,具有高度反应性．利用光电高质谱法对这类分子进行光电离与光离解研究,可以获得这 类物质一些重要的物理化学数据． 我们已对环氧乙烷和环氧丙烷进行了光电离和光离解研究,并结合量化理论计算分析了 它们的光电离解离通道［３,４］,３－氯－１,２－环氧丙…     

咪唑配位的夹心型杂多化合物Na_9[{Na(H_2O)}_3{Co(C_3H_4N_2)}_3(BiW_9O_(33))_2]·33H_2O的合成，结构和磁性质研究

在pH=7.5的水溶液中，咪唑与Na_2WO_4,Bi(NO_3)_3及Co(NO_3)_2反应，得到 了咪唑配位的新型杂多钨酸盐Na_9[{Na(H_2O)}_3{Co(C_3H_4N_2)}_3(BiW_9O_(33) )_2]·33H_2O，用X射线单晶衍射法及元素分析确定了其结构，晶胞参数为：空间 群P3，a=1.3904(4)nm, b=1.3904(4)nm, c=3.3169(13)nm, γ=120 °,V=5.553(3) nm~3, Z=2, R_1=0.0361，wR_2=0.0507(I>2σ)。杂多阴离子[{Na(H_2O)_3}{Co (C_3H_4N_2)}_3(BiW_9O_(33))_2]~(9-)为夹心式结构，两个三空缺Keggin离子α- B-BiW_9O_(33)~(9-)夹层中的中心离子为交替排列的三个Na(H_2O)~+和三个Co (C_3H_4N_2)~(2+)，中心离子钴的配位数为5，该杂多阴离子具有C_(3v)对称性。 对标题化合物进行了磁性质表征，拟合结果为J=6.90cm~(-1),g=2.10,θ=0.25K， 表明该化合物中的Co(II)三核簇存在着铁磁偶合。     

Pt(PPh3)2-η2C60络合物的分子轨道研究

近年来,自Kratschmer 等人采用并不复杂的方法就能制备出宏观量的C_(60),人们对它的兴趣也从结构的研究逐渐转向化学性质的研究.C_(60)是目前自然界已知对称性最高的球状分子,每个C 原子都以接近sp~2杂化轨道和相邻的三个C 原子相联.C_(60)的NMR 化学位移以及闭壳层的电子结构和较宽的HOMO-LUMO 间隙,都说明它具有典型的芳香化合物——苯的某些特性.另外,掺杂(碱金属元素)后,它具有的导电性又表现出石墨具有的某些特点.     

单次碰撞条件下，反应Ba+C2H5Br、n-C3H7Br、1,2-C2H4Br2、1,3-C3H6Br2的动力学研究

Under single-collision beam-gas scattering conditions the reactions Ba+ C_2H, Br、n-C_3H_7Br、1, 2-C_2H_4Br_2、1,3-C_3H_6Br_2 have been studied using laser induced fluore-scence to detect the BaBr X~2∑~+ product. The vibrational distributions, the fractions of the available energy going into vibrational and rotational energy of the BaBr products have been calculated by means. of computer simulation. It has been found that the average vibrationel energies of the BaBr products can be described as a linear function of the mass factors for the reactions Ba+CH_3Br、C_2H_5Br、n-C_3H_7Br、1,3-C_3H_6Br, and that the potential energy surfaces for these reactions are similar. For the reactions Ba+CH_3Br、C_2H_5Br、n-C_3H_7Br, the vibrational increae, but for the reactions Ba+CH_2Br_2、1,2-C_2H_4Br_2、1,3-C_3H_6Br_2, the vibrational excitations of the BaBr products decrease greatly when the number of the carbons increase.     

纯C60/C70的热解吸电子电离质谱研究

用热解析电子电离方法来测C60/C70的质谱获得了较好的结果。纯C60/C70样品是按文献[5]方法制得的。将C60/C70样品直接送入离子源内, 瞬间快速升温, 使C60/C70样品在分解之前就得到充分挥发, 再用70eV的电子轰击C60, C70蒸气, 使之电离得到分析鉴定。实验结果表明, 热解析电子电离方法有快原子轰击(FAB)等方法比拟的优点, 它不仅简单快速, 而且谱图本底峰少, 分子结构信息多。