交叉分子束实验研究F+D2(v=1, j=0)反应

本文使用交叉分子束方法研究了氟原子和振动激发态氘分子D₂(v=1, j=0)的反应. 使用受激拉曼抽运的方法制备了振动激发的D₂分子. 实验中未观测到来自于旋轨耦合激发态氟原子F^*(²P_1/2)与振动激发态D₂分子的贡献. 观测到来自于旋轨耦合基态氟原子F(²P_3/2)和振动激发态D₂的反应信号,相应的产物DF分子布居于v''=2,3,4,5振动态上. 与振动基态反应F+D₂(v=1,j=0)相比,振动激发态反应F+D₂(v=1,j=0)生成的DF产物转动分布更“热”. 获得了振动激发反应的四个碰撞能在0.32至2.62 kcal/mol范围内的微分反应截面. 在最低的碰撞能0.32 kcal/mol下,所有振动态的DF产物都以后向散射为主. 随着碰撞能的增加,DF产物的角分布逐渐从后向转移到侧向. 测量了DF(v''=5)产物的前向微分散射截面随碰撞能变化的曲线. 前向散射的DF(v''=5)信号出现于1.0 kcal/mol. 在2.62 kcal/mol碰撞能下DF(v''=5)主要为前向散射.     

超高碰撞能23.84 kJ/mol下反应F+D2→DF+D的交叉分子束研究

本文搭建了一套新的实验设备,首次将氢原子里德堡态标记的飞行时间谱技术与激光爆破束源技术相结合,进行超高碰撞能下化学反应的动力学研究. 初步进行了F+D₂→DF+D在超高碰撞能23.84 kJ/mol下的实验研究. 在研究中应用了两种类型束源：一类是通过激光爆破过程产生的高能F原子束源,另一类是通过液氮冷却脉冲阀而产生的D₂束源. 实验中探测了反应产物振动态分辨的微分散射截面. 结果显示,大部分反应产物DF主要呈现侧向和后向散射分布,而产物DF(v''=4)则主要分布在前向. 对前向散射产物DF(v''=4)的动力学来源进行了讨论.     

基于从头算势能面对S-(2P)+H2(1Σ+g)→SH-(1Σ)+H(2S)反应的量子含时波包计算

本文基于离子分子SH₂^-基态势能面,应用含时波包方法研究了反应S^-(²P)+H₂(¹Σ⁺_g)→SH^-(¹Σ)+H(²S)的动力学行为. 给出了反应几率和积分截面随碰撞能的变化关系,结果表明,在讨论的所有碰撞能量范围内二者均存在显著的振荡结构. 当初始转动量子数j=0,2,4,6,8,10和振动量子数v=0,1,2,3,4时,从总反应几率数值计算中可以看出,双原子H₂的振动激发和转动激发显著提高了反应活性. 同时积分散射截面的理论值与前人的实验值相符合.     

OCS经由F 31Π里德堡态生成CO(X1Σ+)+S(1D2)产物的波长相关性光解离

本文利用时间切片离子速度成像技术在134∽140 nm波段研究了OCS分子经由F 3¹Π里德堡态的真空紫外光解离动力学. 在选取的5个分别对应OCS(F 3¹Π, v₁=0∽4)的伸缩振动激发的光解波长，实验测得了来自CO(X¹Σ⁺)+S(¹D₂)产物通道的SS(¹D₂))实验影像，并获得了总平动能谱和CO(X¹Σ⁺, v)共生产物的振动布居及角分布. 结果分析表明OCS分子解离生成CO(X¹Σ⁺)+S(¹D₂)产物的过程经历了上态F 3¹Π 与C_?v和C_s构型的下电子态间非绝热耦合过程. 实验结果显示了很强的波长相关性：OCS (F 3¹Π, v₁)的较低转动激发态(v₁=0∽2)和较高转动激发态(v₁=3, 4)的CO(X¹Σ⁺)产物的振动布居和角分布具有显著差异，表明该解离过程中具有不同的解离机理. 本结果提供了振动耦合可能对真空紫外光解离动力学产生关键作用的相关证据.     

H+HD→H2+D反应的高分辨交叉分子束实验研究

本文利用交叉分子束方法和离子速度成像技术,对H+HD→H₂+D反应在1.17 eV碰撞能下的态-态反应动力学开展了高分辨实验研究. 实验采用1+1''(真空紫外+紫外)近阈值激光电离方式对反应中的D原子产物进行探测,获得了高角度分辨和高能量分辨的产物离子速度影像,进而精确获得了反应的态-态微分截面. 实验观测到了H₂(v''=0,j''=1)和H₂(v''=0,j''=3)振转产物角分布中与散射过程的干涉效应相联系的前向散射振荡. 这一研究进一步表明了化学反应微分截面的精确测量在气相态-态反应动力学研究中的重要性.     

理解O(3P)+CHD3→OH+CD3反应的转动模式特异性: 反应物排列图像

本文采用含时波包方法和七维约化量子模型研究了典型碳氢氧化反应O(³P)+CHD₃→OH+CD₃中反应分子CHD₃的转动模式特异性. 发现理论计算反应几率依赖于CHD₃转动量子数J在分子对称轴上的投影$K$和在O-CHD₃分子间轴上的投影K_tot,即P_Ktot=K=0>P_Ktot=K=J>P_Ktot=J,K=0=P_Ktot=0,K=J. 这种关系可以用反应物分子相对取向进行解释. 另外,反应物CHD₃的转动激发(J≤4)表现出比较弱的促进作用,但是K=0转动态激发的促进作用比K=J的强,主要得益于K=K_tot=0分量的贡献. 该分量对应于CHD₃的滚动转动,这种运动形式可以增大初始有效反应碰撞角度的范围.     

H+Br2→HBr+Br反应的态-态量子动力学研究

H原子与卤素气体(F₂,Cl₂,Br₂)的反应是典型的轻-重-重原子-双原子反应. 对于研究化学激光的基本反应途径十分重要. 之前所有的实验结果都表明,H+Br₂→HBr+Br反应的势垒高度很小,甚至是负值. 本文基于11698个UCCSD(T)/CBS水平的从头算能量点,用FI-NN方法构建了HBr₂体系的精确全维全域势能面,还包括了Br原子²P_3/2轨道的自旋-轨道耦合. 势能面有一个下沉的势垒(-0.351 kcal/mol}),放热(ΔH₀=-41.265 kcal/mol) 和实验值吻合的很好,在这个势能面上应用含时波包方法计算了H+Br₂→HBr+Br反应的态-态积分和微分截面. 对初始基态反应,产物HBr(v′=2,3,4)态在所考虑的整个能量范围内占主导地位,说明HBr是振动态布居反转的. 温度300 K时,计算的产物振动分布在$v$$''$=3有最大值,在v′=0,1的分布可以忽略不计,这与Setser及合作者和Polanyi及合作者的实验结果相一致. 超过一半的总可用能量进入到产物的内部运动中,这其中大部分进入到振动中. 计算表明,反应物Br₂的初始转动激发对产物振转态分布和微分截面影响很小,而初始振动激发则有一定影响. 在低能区域,初始振动激发到v₀=5态很明显的增强了产物的振动激发. 在初始基态和初始转动激发态下,碰撞能量到0.5 eV的微分截面在后向达到峰值,但随着碰撞能量的增加,角分布的宽度显著增加. 对于初始振动激发态,产物微分截面的结构较为复杂,对高振动激发态产物有很强的前向散射峰.     

He-H2S复合物的六维从头算势能面和束缚态

采用[CCSD(T)]-F12a/aug-cc-pVTZ方法，同时在基组中引入中心键函数(3s3p2d1f1g)构建了He-H$_2$S复合物的高精度六维势能面. 除分子间振动坐标，同时考虑了H₂S分子内的v₁对称伸缩振动Q₁正则模、v₂弯曲振动Q₂正则模和v₃反对称伸缩振动Q₃正则模三种振动模式. 将计算得到的六维势能面在Q₁，Q₂和Q₃方向上分别做积分得到H₂S单体分别处于振动基态、v和v₃激发态下的He-H₂S的三个振动平均势能面. 计算结果表明，每个平均势能面都有一个T形全局极小值、一个平面局部极小值、两个平面内鞍点和一个平面外鞍点. 全局极小值的几何构型位于R=3.46 ?，θ=109.9°和φ=0.0°，势阱深度为35.301 ^-1. 在径向部分采用离散变量表象法和角度部分采用有限基组表象法并结合Lanczos循环算法计算了He-H₂S的振转能级和束缚态. 计算发现He-(para-H₂S)在H₂S的v₂和v₃区域的带心位移分别为0.025 cm^-1和0.031 cm^-1，而He-(ortho-H₂S)的带心位移分别为0.041 cm^-1和0.060 cm^-1，都表现为蓝移.     

反应物NO的转动激发对反应N(4S)+NO(X2Π)→N2(X3Σg-)+O(3P)影响的立体动力学研究

采用准经典轨线方法,在碰撞能为0.6 eV时,研究了反应物NO分子的转动激发对发生在³A"和³A'势能面上的反应N(⁴S)+NO(X²Π)→N₂(X³Σ_g^-)+O(³P)的立体动力学性质的影响. 详细讨论了在反应物分子的不同转动态下发生在两个势能面上反应的矢量性质. 结果表明, 反应物分子NO的转动激发对发生在³A′势能面上的立体动力学性质产生重大影响, 这可能与该势能面上存在一个早期势垒有关.     

Cl(2P)+D2→DCl+D反应中波恩-奥本海默近似有效性的交叉分子束研究

本文利用高分辨的里德堡态氘原子标识-交叉分子束装置，研究了碰撞能为4.5∽6.5 kcal/mol范围内Cl(²P)[Cl(²P_3/2)和Cl^*(²P_1/2)]与D₂的反应. 虽然自旋轨道激发态反应Cl^*(²P_1/2)+D₂在波恩-奥本海默(B-O)近似下本应是禁阻的，但实验中观测到了该反应的贡献. 通过测量靠近后向的碰撞能相关的微分散射截面连线，发现低碰撞能下的产物主要来自于B-O近似禁阻的反应Cl^*+D₂. 随着碰撞能的提高，自旋轨道基态反应Cl+D₂的反应性增加明显要比自旋轨道激发态反应Cl^*+D₂更快，并且在高碰撞能下成为产物的主要来源. 实验结果表明：在低碰撞能下，Cl^*中自旋轨道激发态的额外能量，可以帮助B-O近似禁阻的反应Cl^*+D₂越过势垒；然而当碰撞能接近和高于反应势垒时，B-O近似允许的反应Cl+D₂占主导地位. Cl/Cl^*+D₂反应中B-O近似有效性的特征与其同位素反应Cl/Cl^*+H₂是一致的.     

反应物转动激发对F+H2→HF+H体系反应动力学的影响

利用高分辨的交叉分子束装置研究了F+H₂(v=0,j=0, 1)反应在碰撞能1.27 kcal/mol下的动力学行为, 获得了产物HF(v′=1,2,3)转动态分辨的微分散射截面．当反应物H₂ 处于不同转动量子态j=0和1时,产物HF(v′=2)的散射角分布都主要表现为后向散射,但HF(v′=2)的转动态布居与反应物的转动量子态密切相关,转动激发的H₂分子将产生转动“更热”的HF(v′=2) 产物．另外,对于HF(v′=3)产物通道,由于slow-down机理的影响,当H₂布居于j=0时前向散射表现更显著．     

对氯氟苯S0, S1和D0态的实验与理论研究

本文采用共振增强多光子电离和慢电子速度成像技术研究了对氯氟苯(p-ClFPh)在中性第一激发态和阳离子基态下的几何结构和振动频率. 给出了对氯氟苯S₀态的红外光谱和S₁←S₀跃迁的吸收光谱. 基于单色、双色共振增强双光子电离技术，得到了对氯氟苯的跃迁激发能是36302±4 cm^-1. 通过阈值电离测量，外推得到对氯氟苯的绝热电离能为72937±8 cm^-1. 此外，通过Franck-Condon模拟，确定了S₁和D₀态的主要振动模式，并分析了对氯氟苯分子S₀&S₁和S₁&D₀跃迁过程中的Duschinsky振动模式混合效应.     

反应N(2D)+H2→NH+H和N(2D)+D2→ND+D的立体动力学理论研究.

基于Ho等人的精确势能面(J. Chem. Phys. 119, 3063(2003))研究,运用准经典轨线方法计算了21.3 kJ/mol碰撞能下反应N(²D)+H₂→NH+H和N(²D)+D₂→ND+D的产物与反应物之间的矢量相关．发现两个反应的产物角分布都是前向和后向呈现峰值分布,产物的转动角动量矢量j′不仅是取向的,而且是在y轴负方向上定向的．两个反应显示出的同位素效应主要归因于同位素质量的差别．     

氮化钒的选态双色可见紫外共振增强光电离和脉冲场光电子研究 (cited: 4)

对气态氮化钒(VN)分子在光子总能量为56900～59020 cm^-13∏0, v'=0)的单转动态, 然后再被紫外激光电离．这样的双色激光模式可以测量电子态、振动态和转动态都被选择和解析的氮化钒阳离子VN⁺(X²△; v⁺=0, 1, 2)光谱． 通过对转动解析的PFI-PE光谱模拟分析, 确定J⁺=3/2为基态离子态的最低转动能级, 从而确认VN⁺的基态电子态为²△_3/2．通过对VN+(PFI-PE)光谱的分析得到如下物理量的精确数值：VN⁺(X²△_3/2)的绝热电离能为IE(VN)=56909.5±0.8 cm^-1(7.05588±0.00010 eV),振动常数ω_e⁺=1068.0±0.8 cm^-1,反常振动常数ω_e⁺χ_e⁺=5.8±0.8 cm^-1;VN⁺(X²△_3/2)的转动常数B_e⁺=0.6563±0.0005 cm^-1,α_e⁺=0.0069±0.0004 cm^-1,平衡键长为1.529 ?;VN⁺(X²△_5/2)的转动常数B_e⁺=0.6578±0.0028 cm^-1,α_e⁺=0.0085±0.0028 cm^-1,平衡键长为1.527 ?;X²△_5/2,3/2自旋轨道耦合常数A=153.3±0.8 cm^-1     

19F+45Sc深非弹反应产物的激发函数

测量了102MeV到108MeV ¹⁹F+⁴⁵Sc反应在θ₁=26°和θ₁=42°的耗散部分产物的激发函数,能量步长300keV,靶厚53μg/cm².用统计理论求得了各元素的能量相干宽度Γ,提取了反应的特征时间τ,探讨了耗散反应机制.     

HNCO在201 nm的离子成像光解动力学:CO(X1Σ+)与NH(a1Δ)

本文通过时间切片离子速度成像技术在201 nm附近研究了HNCO分子在S₁电子激发态的光解动力学. CO产物通过共振增强多光子电离的方法进行了选态探测,获得了CO产物的振动基态和激发态切片影像. 从CO的影像得到了解离产物的能量分布和空间角分布,确定了NH(a¹Δ)产物的振转态分布信息. 研究发现¹NH的振动分支比(v=1/v=0)随CO(v=0)转动能的增大先增大后下降,展现了¹NH与CO之间特殊的态态相关性. 大约一半的可资用能分配给解离产物的平动自由度. 负的各向异性参数表明HNCO的光解是个快速的直接解离过程.     

使用态-态分辨的量子波包方法对Li+HF/DF反应的研究

使用基于反应物坐标的含时量子波包方法,在APW势能面上,计算了碰撞能在0～0.25 eV范围的Li+HF/DF(v=0,j=0,1)反应的积分和微分截面．同时也计算了初始态选择的反应速率常数．计算结果表明,Li+DF和Li+HF反应产物分布基本类似,只是前者产物转动激发态稍微多些．反应物的转动激发对于Li+DF反应影响很小．这两个反应的微分截面都是前向散射为主的,特别是在碰撞能较高时候．产物振转态分辨的积分截面和后向散射随碰撞能而呈现的振荡现象,可以用来指认Li+HF反应中的共振态．Li+HF的反应速率常数在100～300 K几乎不变,而Li+DF的反应速率常数则增长了10倍左右．Li+HF的反应几率和积分截面和以前报道的结果总体符合较好,差别应该是计算收敛性更好所致．     

在193 nm关于Si2分子的离子解离动力学的成像研究

在193 nm的单色激光实验中,本文利用时间切片离子速度成像技术,研究了经193 nm双光子电离得到的Si₂⁺的解离反应动力学过程. 根据实验得到的Si⁺离子的速度成像,观测到了两种离子直接解离通道：Si(³P_g)+Si⁺(²P_u)和Si(¹D₂)+Si⁺(²P_u). 电子基态的Si₂分子处于v=0∽5的振动态上,其经过双光子电离后激发到Si₂⁺离子的多个电子激发态势能面,生成主要通道Si(³P_g)+Si⁺(²P_u),其中v=1的解离信号最强. 此外,由于势能曲线2²Π_g与3²Π_g相同对称性引起的避免性势能面交叉,生成次要反应通道Si(¹D₂)+Si⁺(²P_u). 通道Si(¹D₂)+Si⁺(²P_u)的产物亦可以由生成的基态Si₂⁺(X⁴Σ_g^-)吸收一个193 nm光子后解离得到,其对应产物则具有更大的动能.     

LiNbO3和LiTaO3晶体Er3+/Yb3+掺杂水热外延层室温吸收光谱分析

本文引入与浓度和厚度有关的k_NL待定参数, 在J-O理论基础上, 对Er³⁺/Yb³⁺掺杂的LiNbO₃和LiTaO₃单晶衬底上 的多晶水热外延样品进行了基于吸收光谱的拟合计算. LiNbO₃:Ω₂=2.34× 10^-20 cm², Ω₄=0.77× 10^-20 cm², Ω₆=0.31×10^-20 cm², k_NL=4.32× 10^-2 mol·m^-2. LiTaO₃:Ω₂=1.68×10^-20 cm², Ω₄=0.84×10^-20 cm², Ω₆=0.45×10^-20 cm², k_NL=9.17×10^-3 mol· m^-2. 该方法可尝试推广到粉体或胶体等难以直接获得浓度和厚度数据的体系. 经上转换发光测试及光谱参数计分析认为Er³⁺/Yb³⁺离子的掺杂浓度比为1:1的情况下, 样品呈现绿色上转换发光光谱; 可尝试以降低基质声子能量的方法提高⁴I_13/2能级 对²H_11/2和⁴S_3/2能级的量子剪裁效率.     

羟基自由基双光子激发解离动力学

本文利用高里德堡态氢原子飞行时间探测技术，研究了羟基自由基的双光子激发解离动力学. H(²S)+O(¹D)和H(²S)+O(¹S)解离通道是由于羟基在经由A²Σ⁺(v''=2, J''=0.5-2.5)中间态通过双光子激发最终到排斥性的激发态势能曲线2²Ⅱ和B²Σ⁺上产生. 这两种解离通道产物都具有各向异性的角向分布，其中H(²S)+O(¹D)产物角分布异向因子β为-0.97，H(²S)+O(¹S)产物角分布异向因子β为1.97. 各向异性的角向分布与OH自由基在排斥性的激发态势能曲线上直接解离机理相吻合. 此实验观测到羟基自由基的解离能为35580±15 cm^-1.