喷嘴-平板直流电晕放电中的OH(A2S+→X2P, 0-0)光谱研究

 为更深入地认识电晕放电低温等离子体中自由基的生成机理，以发射光谱测量为基础并结合背景气体淬灭率影响，研究了常压下喷嘴-平板电晕自由基簇射过程中放电参数、背景气体、电极气成分等因素对OH(A²S⁺→X²p, 0-0)发光的影响。结果表明：在放电参数影响中，放电电压及放电电流都会影响OH生成量，OH发光随功率增加而大大增强；在加湿氮气直流电晕放电中有明显的OH(A²S⁺→X²p, 0-0)光谱存在，但加湿空气条件下OH生成较少；载气增湿后OH生成量明显增多，而Ar和O­2的存在分别增强和减弱了OH(A²S⁺→X²p, 0-0)发光，可能的原因是这两种物质影响了放电和OH(A²S⁺)的淬灭。     

脉冲电晕放电中OH自由基的发射光谱研究

采用发射光谱法测量了在加湿的空气、氮气、氩气3种气体背景下脉冲电晕放电产生的OH自由基,通过对发射谱线的分析,研究了在3种背景条件下,脉冲峰值电压、脉冲频率等因素对OH自由基产生过程的影响,着重研究了气体湿度对OH自由基产生过程的影响以及OH自由基在放电电场中的分布特性。实验表明OH自由基的生成量随脉冲峰值电压和脉冲频率的增大而增大,而湿度变化对其影响则与放电背景环境有关,不同背景气体下其变化规律也不相同。空气中放电时产生的OH自由基数量随湿度的增大而增大,氮气中OH自由基的生成量随湿度增大呈先增大后减小趋势,而氩气中OH自由基数量随湿度的增大呈先减少后增大趋势。OH自由基在放电电场中的分布呈从针电极中心向四周逐渐减少趋势。     

线-板式脉冲电晕放电反应器的发射光谱研究

以发射光谱法为基础,检测了常压状态线-板式脉冲电晕放电过程OH自由基在反应器内的空间分布;研究了线电极直径,线线间距以及线板间距对生成OH自由基的影响;从而明确脉冲电晕放电反应器的性能。结果显示:OH自由基浓度沿线电极X轴方向逐渐降低,活化区域半径20mm左右,沿Y轴方向先升高后降低,活化区域半径大于30mm;线电极的直径小于2mm时,OH自由基的光谱强度基本不变,线电极直径继续增大,发射光谱强度随之迅速下降。线线间距逐渐增大,OH自由基的发射光谱强度随之增强。OH自由基的发射光谱强度随着线板间距的增大而降低。     

利用发射光谱研究脉冲电晕放电中的自由基

利用发射光谱技术在大气压下测量了以氮气为载气的不饱和水蒸气体系针-板式正脉冲电晕放电产生的OH(A^2∑→X^2Ⅱ0—O)自由基和O(3p^5P→3s^5S^02777．4nm),Ha(3P→2S 656．3nm)活性原子的发射光谱,并由N2(C^3Ⅱu→B^3Ⅱg)的△v=-3和△v=-4振动带序发射光谱强度计算得出N2(C,v)的相对振动布居及其振动温度,进而采用高斯分布拟合准确地求出了N2(C^3Ⅱu→B^3Ⅱg)的△v= 1振动带序发射光谱强度,从而可以由N2(C^3Ⅱu→B^3Ⅱg)的△v= 1振动带序与OH(A^2∑→X^2Ⅱ0—0)的重叠发射光谱中准确求出OH(A^2∑→X^2Ⅱ0—0)自由基的发射光谱强度。由发射光谱强度得到了激发态OH(A^3∑)自由基和O(3p^5P),Ha(3P)活性原子的布居。还研究了激发态OH(A^2∑)自由基和O(3p^5P),Ha(3P)活性原子的布居随放电电压和放电频率的变化以及氧气对激发态OH(A^2∑)自由基和O(3p^5P),Ha(3P)活性原子布居的影响。     

基于OH自由基A2Σ + →X2Πr 电子带系发射光谱的温度测量技术

本文基于OH自由基所固有的分子结构特征,通过分子光谱理论系统地分析和计算了OH自由基A²Σ ⁺ →X²Π_r 电子带系发射光谱的谱线跃迁频率、能级分布以及爱因斯坦自发发射跃迁概率等重要参数.同时结合实际的光谱实验,分析了谱线的自然展宽、碰撞展宽、多普勒展宽以及仪器展宽等各种展宽因素对谱线线型的影响,从理论上计算了任意转动温度、振动温度以及谱线展宽条件下OH自由基A²Σ ^{关键词： 发射光谱 转动温度 振动温度 自发发射爱因斯坦跃迁概率}     

脉冲电晕放电流光发展和OH自由基二维分布的发射光谱研究

流光在OH自由基的生成过程中起到重要作用。为了研究流光与OH自由基之间的关系,利用ICCD拍摄了线板式脉冲电晕放电反应器内流光的形成和发展过程,着重研究了在反应器几何结构固定的情况下,输入峰值电压对流光发展速度和流光在阴极板覆盖范围的影响。实验表明在反应器不击穿的情况下,输入峰值电压越大,越有利于流光的发展,因此生成的高能电子数量越多。此外我们还利用发射光谱法测量了脉冲电晕放电反应器内OH自由基的二维分布特性,并且与流光发展轨迹图对比。OH自由基在放电电场中的分布特性是以电极线为中心向四周扩散,浓度逐渐降低。这个结论和流光在脉冲电晕放电反应器内的发展轨迹图相吻合。     

Ar与SO2混合放电产生SO(c1Σ-)电子态的光谱研究

在流动余辉装置上 ,利用Ar与SO2 混合气体的空心阴极放电 ,在放电区的下游观察到一系列光谱 ,将 4 0 0～ 6 0 0nm波长范围内的发射谱带归属为SO(c1Σ-→X3 Σ-)跃迁 ,并得到该跃迁的ν0 0 =2 85 0 0cm-1。这是气相SO自由基c1Σ-电子态的首次直接的光谱观测。     

脉冲放电等离子体/活性炭联合体系中OH自由基的发射光谱研究

基于OH自由基的强氧化性(2.8 V)及脉冲放电等离子体(pulsed discharge plasma, PDP)与活性炭(activated carbon, AC)联合体系的协同作用,依托于光谱检测技术简单、准确性高、灵敏度高等优点,利用发射光谱技术测量了以O2作为载气的PDP/AC联合体系中产生的OH自由基的相对发射光谱,用以表征体系中OH自由基相对生成量的变化。通过考察PDP水处理体系中不同AC添加量、脉冲峰值电压、电极间距对OH自由基相对发射光谱强度的影响,分析了影响OH自由基生成量的因素;通过比较,分析去离子水和酸性橙II(acid orange, AO7)溶液中OH自由基发射光谱强度的变化规律,表征了OH自由基生成量的变化,以说明PDP/AC的协同作用机理及OH自由基对有机物的氧化作用。研究结果表明,增加AC的添加量可以增强其在PDP体系中的催化效果,导致PDP/AC联合体系中OH自由基的相对发射光谱强度的增加;随着脉冲峰值电压的升高,注入PDP体系中的能量增加,从而增加了体系中OH自由基的产量;电极间距增加导致PDP体系能量效率降低,降低了OH自由基的产生量;无论是以去离子水还是以AO7溶液为溶液相,PDP/AC联合体系中OH自由基的产量均高于其在单独PDP体系中的生成量,且在PDP/AC联合体系和单独的PDP作用体系中,去离子水中OH自由基的相对发射光谱强度均高于其在AO7溶液中的强度值,这证明了AC对PDP体系中OH自由基生成的协同作用和有机物对OH自由基的消耗。     

线板式脉冲电晕放电反应器OH自由基二维分布的光谱学研究

脉冲电晕放电过程中OH自由基等活性基团的空间分布特性对燃煤烟气污染物的氧化脱除具有重要作用。为了探索脉冲电晕放电污染物控制技术的机理,采用激光诱导荧光法检测线板式反应器内部脉冲电晕放电过程中OH自由基的空间二维分布特性,主要研究了不同相对湿度和含氧量对OH自由基空间二维分布特性的影响。实验表明,脉冲电晕放电过程中OH自由基主要存在于线电极下方的区域中,并以线电极为中心面向板电极呈现扇形分布,并且其扇形分布区域的纵向长度和横向宽度的最大值均小于1 cm;相对湿度的增大有利于OH自由基的生成,促进OH自由基空间二维分布区域面积的扩大,当相对湿度为65%时OH自由基的空间二维分布区域面积达到最大值;当含氧量为2%时最有利于OH自由基的生成,并且OH自由基的空间二维分布区域面积达到最大值,当含氧量超过15%时对OH自由基的生成及其空间二维分布主要起抑制作用。同时,相对湿度和含氧量的增加均提高了激发态OH自由基中猝灭部分所占的比重,从而降低了OH自由基的荧光产率,其中含氧量对OH自由基荧光产率和OH自由基空间二维分布的影响作用大于相对湿度。     

多相脉冲放电体系中羟基自由基的光谱诊断

采用多针-板电极形式的气液混合脉冲放电系统,在其中加入玻璃珠负载的TiO₂膜光催化剂形成了一个气-液-固多相脉冲放电体系,研究中利用脉冲放电过程中产生的紫外光效应诱导其中的TiO₂的光催化作用,通过对放电体系中羟基自由基(·OH)的光谱诊断考察TiO₂光催化作用与脉冲流光放电的协同作用效果。结果表明,本脉冲放电体系中产生的·OH在306 nm(A2Σ+→X2Π跃迁)、309 nm(A2Σ+(ν′=0)→X2Π(ν″=0)跃迁)和313 nm(A2Σ+(ν′=1)→X2Π(ν″=1)跃迁)处均产生发射光谱,其中313 nm处的·OH的光谱强度最强;脉冲放电协同TiO₂光催化作用系统中·OH的发射光谱强度较单独的脉冲放电体系强,同时,条件实验(不同鼓气种类和水溶液初始pH值)的研究结果表明用氩气作为鼓气源时,多相反应体系中313 nm处·OH的发射光谱强度比以空气和氧气作为鼓气源时的强度高,酸性溶液中313 nm处·OH的发射光谱强度比中性和碱性溶液中高。     

碰撞诱导钠分子 A~1Σ_u~ →Χ~1Σ_g~ 的荧光光谱

用532 0nm激光激发Na2分子到B1Πu电子态,记录了Na(3P)原子的跃迁和Na2分子的A1Σ u-Χ1Σ g的谱带。由Na与Na2激发态发射的光谱及其强度可以认定在Na-Na2系统中的碰撞过程,Na(3P)原子线是Na2(B1Πu)到Na(3P)的碰撞能量转移产生的,预解离过程也可产生原子线。而A1Σ u的辐射而引起的。在360℃,u-Χ1Σ g到A1Σ g谱带是由B1Πu到21Σ g的碰撞转移后再由21Σ 根据辐射衰变率和荧光强度,得到Na2(B1Πu)到Na2(21Σ g)碰撞转移率系数为7 1×10-10cm3s-1,而B1Πu的预解离率为2 3×106s-1。     

发射光谱研究大气压等离子体射流的气体温度

采用介质阻挡放电等离子体喷枪装置,在大气压下流动氩气中产生了射流等离子体。利用光电倍增管,对射流等离子体进行了时空分辨测量,分析了等离子体喷枪内介质阻挡放电和外部等离子体羽的放电特性。利用高分辨率光谱仪采集等离子体羽处的发射光谱,通过对发射光谱中OH(A2Σ+→X2Π,307.7～308.9nm)及N2+的第一负系(B2Σ+u→X2Π+g,390～391.6nm)谱线拟合得到了射流等离子体的转动温度,拟合得到的转动温度分别为443和450K。在5%的误差范围内,这2种方法得到的结果是一致的。由于在大气压下,转动温度近似等于产生气体放电的气体温度,所以可以确定大气压射流等离子体气体温度。利用该方法研究了不同电压下的气体温度,发现气体温度随着外加电压增加而增大。     

MgH分子X2Σ+,A2Π和B2Σ+电子态的势能函数

利用QCISD(T),SAC-CI方法和cc-pVQZ,aug-cc-pVTZ,6-311 G及6-311 G(3df,2pd)基组,对MgH分子的基态X2Σ ,第一简并激发态A2Π和第二激发态B2Σ 的结构进行优化计算.通过对4个基组计算结果进行比较,得出6-311 G(3df,2pd)基组为最优基组.使用6-311 G(3df,2pd)基组和QCISD(T)方法对基态X2Σ ,SAC-CI方法对激发态A2Π和B2Σ 进行单点能扫描计算,然后采用Murrell-Sorbie函数及修正的Murrell-Sorbie C6函数进行拟合,得到了相应电子态的势能函数参数和对应的光谱常数.计算结果表明,用修正的Murrell-Sorbie C6函数计算得到的MgH分子基态和第一简并激发态的光谱常数ωe,ωexe,Be,αe与实验数据吻合很好.表明修正后的Murrell-Sorbie C6函数能更为准确地描述MgH分子的基态和第一激发态的势能函数.     

AlF的X1Σ+,A1Π和B1Σ+态的势能函数

使用SAC/SAC-CI和D95 、6-311 g及D95(d)等基组,分别对AlF的基态X1Σ 、第一简并激发态A1Π和第二激发态B1Σ 的平衡结构和谐振频率进行了优化计算.对所有计算结果进行比较,得出D95(d)基组为最优基组;运用D95(d)基组和SAC方法对基态X1Σ ,SAC-CI方法对激发态A1Π和B1Σ 进行单点能扫描计算,并用正规方程组拟合Murrell-Sorbie函数,得到了相应电子态的势能函数解析式,由得到的势能函数计算了与X1Σ 、A1Π和B1Σ 态相对应的光谱常数,结果与实验数据较为一致.     

CF自由基双光子共振增强多光子电离研究：3pRy dberg态的转动分析

利用Ar/CF4、Ar/CF2Cl2或Ar/CF3COOH混合气体的直流脉冲放电产生CF自由基,观测了260～360nm范围内转动分辨的CF自由基双光子共振增强多光子电离谱。分析表明,该段光 谱对应于CF自由基3pπD2Πr(ν'=2～6,r=3/2,1/2)←←X2Πr(ν"=0,r=3/2,1/2)的共振激发。对观测的振动带进行了转动分析,并获得了3p里德堡态的转动常数和自旋-轨道分裂值。     

大气压Ar射频容性放电模式转变的温度表征

在大气压条件下Ar气流中实现了容性射频放电α和γ两种模式及其转变与共存.由于放电处于开放大气环境中,放电发射光谱中清晰地存在 N₂C³Π_u→Β³Π_g跃迁产生的第二正带和OH自由基 Α²Σ→Χ²Π跃迁的(0,0)带光谱.为了获得放电区域的宏观温度,针对氮的第二正带(0,1),(1,2)两个谱带,自编了拟合程序,用温度拟合方法获得了氮分子的转动温度和振动温度,研究了转动温度随放电功率的变化趋势,得到了温度突变与放电模式转变的相关性.利用Lifbase的发射光谱模拟功能,进行了OH自由基Α²Σ→Χ²Π(0,0)带光谱的模拟,通过与实验光谱对比,得到了与N₂光谱拟合结果相符的OH转动温度,以及相似的随放电功率的变化趋势,这说明放电空间内的中性物种达到了热平衡状态.根据放电伏安特性变化,放电模式转变对应的转动温度变化趋势得到确认,并且与放电形态的照片符合. 关键词： 大气压等离子体 放电模式 转动温度     

7LiH分子基态及若干激发态的平衡几何及垂直激发能的从头算

使用“对称性匹配簇-组态相互作用方法”(SAC/SAC-CI),在多种基组下计算了7LiH分子X1Σ 、A1Σ 、B1Π及b3Π态的平衡几何,并将由“几何优化”得到的相应各态的平衡几何与“单点能扫描”得到的结果进行了比较。比较的结果表明,由“几何优化”得到的相应各态的平衡几何,与“单点能扫描”得到的结果存在着差异。分析的结果表明,在完全活性空间中,由“SAC/SAC-CI”方法进行“单点能扫描”得到的结果,比“几何优化”得到的结果更加合理。首次报告了使用6-311G(3df,3pd)基组进行“单点等扫描”得到的相应各态的平衡几何。其值分别是:基态(X1Σ )为0.1588 nm、单重态的第一激发态(A1Σ )为0.2487 nm、单重态的第二激发态(B1Π)为0.2434 nm、三重态的第二激发态(b3Π)为0.1958 nm。这一计算结果与实验值非常接近。还研究了从基态到上述相应各态的垂直激发能,在基态的平衡位置处,其值分别为(A1Σ ←X1Σ )3.613 eV(、B1Π←X1Σ )4.612 eV和(b3Π←X1Σ )4.233 eV。与其它理论计算结果进行比较后得出,本文的计算结果非常接近于使用很复杂的计算方法获得的结果。     

大气环境下氩气空心针-板放电中OH和O的空间分布

研究了大气环境下氩气空心针-板放电等离子体中OH和O的空间分布。利用空心针-板放电装置,得到了3cm长的等离子体炬。首先采集了300～800nm范围内的光发射谱,发现除了ArⅠ谱线、N2第二正带系谱线C3Πu(ν′=0)→B3Πg(ν″=0)外,还出现了OH自由基的谱带、OⅠ谱线和较弱的H谱线。由于含氧活性粒子在材料表面改性中具有重要作用,实验选取了OH发射的309nm附近的谱带和激发态O发射的777.4nm谱线,分析了它们的相对强度,得到了粒子的空间分布。结果表明:沿等离子体从弧根到弧梢位置,OH自由基数量迅速减少,O原子数量呈现先增多后减少的规律。     

Gaussian对小分子自由基OH的研究

本文探讨了Gaussian98在小分子自由基OH的光谱计算领域中的应用.本文采用密度泛函方法B3PW91以及最大的基组6-311 G(3df,3pd)计算了OH的基态X2Πi的势能曲线,进而带入核的薛定谔方程,得到了振动能级和转动常数,将他们分别与基于实验的RKR势能曲线、振动能级和转动常数进行了比较,得到很好的结果.另外本文采用了完全活性空间方法,对激发态A2Σ 进行了研究,计算了绝热激发能以及平衡常数,平衡位置与实验值符合得很好,绝热激发能的误差为0.52eV.计算得到的激发态的势能曲线与基于实验的RKR势非常一致.     

Detection of OH Radical in the Photodissociation of p-Aminobenzoic Acid at 266 nm

利用激光诱导荧光光谱方法研究了对氨基苯甲酸在266 nm条件下光解生成的OH自由基的高分辨振转光谱. 研究发现OH自由基几乎处于振动基态并且它的转动布居符合波尔兹曼分布,转动温度可表征为1040±110 K,相对应的转动能为8.78±0.84 kJ/mol.在²Π_3/2和²Π_1/2旋轨耦合态中,前者布居占多数;并且Λ分裂态的Π(A′)态占优. 最后讨论了OH自由基来自对氨基苯甲酸光解可能的解离机理.