飞秒时间分辨拉曼光谱用于研究β-胡萝卜素单重激发态内转换和振动弛豫过程

搭建了飞秒时间分辨受激拉曼光谱(FSRS)装置,并用于研究全反式β-胡萝卜素单重电子激发态超快内转换和振动弛豫过程.基于三脉冲“抽运-探测”方案搭建的时间分辨受激拉曼光谱装置同时实现了150fs的时间分辨率和23.7cm^-1的光谱分辨率,光谱检测范围为300—4000cm^-1.对全反式β-胡萝卜素电子激发态的飞秒时间分辨拉曼光谱研究表明,β-胡萝卜素被激发到S₂态后,经由寿命约为0.3ps的中间态S_X态实 关键词： 飞秒时间分辨拉曼光谱 β-胡萝卜素 激发态内转换 振动弛豫     

苯基叠氮在光吸收激发态上的结构动力学-共振拉曼和量子力学计算研究

采用共振拉曼光谱学和完全活化空间自洽场方法研究了苯基叠氮被激发到S₂(A')、S₃(A')和S₆(A')光吸收态后的结构动力学. 基于傅立叶变换拉曼、傅立叶变换红外、紫外、密度泛函计算和简正模式分析,指认了紫外吸收光谱和振动光谱. 获得了环己烷、乙腈和甲醇溶剂中273.9、252.7、245.9、228.7、223.1和208.8 nm等不同激发波长下的A、B和C带共振拉曼光谱,以探测Franck-Condon区域的结构动力学. CASSCF计算获得了单重电子激发态能量最低点和势能面交叉点的电子激发能和优化几何结构. 结果表明,苯基叠氮在S₂(A')、S₃(A')和S₆(A')态上的激发态结构动力学各不相同. 与Kasha规则相符,S₂S₁(1)和S₂S₁(2)势能面交叉点在S₂(A')激发态衰变动力学和N7=N8键解离中扮演着重要角色. 提出了两条主要衰减通道：S_2,min→S₀辐射通道和S_2,FC(ππ^*)→S₂(ππ^*)/S₁(nπ^*)→S₁(nπ^*)非辐射通道.     

N,N-二甲基硫代乙酰胺S3(ππ*)态的衰变动力学 (cited: 1)

采用共振拉曼光谱和完全活化空间自洽场方法研究了N,N-二甲基硫代乙酰胺在被激发至S₃(ππ^*)态后的衰减动力学. 指认了紫外吸收光谱和振动光谱. 获得了乙腈、甲醇和水溶剂中不同激发波长下的A带共振拉曼光谱,以探测Franck-Condon区域的结构动力学. 开展了CASSCF计算以确定低能单重激发态和锥形交叉点的电子激发能和优化几何结构. 通过共振拉曼强度分析和CASSCF计算获得了结构参数、A带结构动力学和S₃(ππ^*)态衰减机制. 提出了主要衰减通道为_3,FC(ππ^*)→S₃(ππ^*)/S₁(nπ^*)→_1(nπ^*).     

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.     

Mass-analyzed Threshold Ionization Spectroscopy of Rotamers of p-ethoxyphenol Cations and Configuration Effect

利用双色双光子质量分辨的阈值电离光谱技术,研究了对位乙氧基苯酚顺式和反式两种构型的离子态振动特性. 测得顺式和反式精确的绝热电离势分别为61565±5和61670±5 cm^-1. 与对位甲氧基苯酚实验结果比较,顺式和反式的测得的绝热电离势分别降低了645和643 cm^-1. 从所得到的两种构型的高分辨离子态光谱中,可知顺式和反式不同构型对苯环平面的振动影响很小,而低频率的C-OC₂H₅弯曲振动在两种构型中都很活跃.     

β-Si3N4电子结构和红外和拉曼频率的第一性原理研究

分别用PW91，B3LYP两种密度泛函方法和全电子高斯基组对β-Si₃N₄的几何结构进行全优化(包括晶格参数和原子坐标)，结果和实验值符合良好. 同时计算了能带结构和态密度.在此基础上分别用上述两种方法计算了Γ点拉曼振动频率，并按对称性进行分类，将得到的11种拉曼活性模式的频率值与实验值以及其他文献值进行了比较，进一步确定了A_g模式为中等频率，值约459cm^-1. 计算结果表明     

飞秒瞬态吸收光谱技术研究反式对氨基偶氮苯的超快激发态动力学 (cited: 1)

利用飞秒瞬态吸收光谱技术研究了反式对氨基偶氮苯(AAB)溶解在乙醇中的超快激发态动力学．当利用400 nm光激发分子到S₂态后,由S_{211102412相似文献}   

利用时间分辨的光电子影像技术研究2,6-二甲基吡啶分子锥形交叉超快动力学

利用时间分辨的飞秒光电子影像技术结合时间分辨的质谱技术,研究了2,6-二甲基吡啶分子锥形交叉超快动力学过程. 2,6-二甲基吡啶分子吸收266 nm泵浦光从基态跃迁至S₂态(π-π^*). 母体离子时间变化曲线包含两个指数函数,一个是时间常数为635 fs的快速组分,另一个是时间常数为4.37 ps的慢速组分. 通过时间分辨光电子影像得到的时间依赖的光电子角度分布和能量分辨的光电子谱分布提供了S₂态演变的动力学信息. 简言之,快速组分反映了通     

3-二甲氨基-2-甲基丙烯醛S2激发态结构动力学 (cited: 3)

采用共振拉曼光谱和完全活性自洽场理论计算研究了3-二甲氨基-2-甲基丙烯醛(DMAMP)光激发到S₂(ππ^*)态后的光物理性能．在B3LYP/6-311++G(d,p)水平计算确定了DMAMP与其三种异构体之间的基态异构化能垒,指认了振动光谱．采用涵盖紫外强吸收带的激光波长,获得了DMAMP在环己烷、乙腈和甲醇溶剂中的A-带共振拉曼光谱,含时密度泛函方法计算确定了该光谱中基频的相对强度,发现振动-电子耦合发生在S₂(ππ^*)态的Franck-Condon区域．CASSCF计算方法确定低单重和三重激发态、势能面锥形交叉点和系间窜跃点的激发能．共振拉曼光谱强度模式分析和CASSCF计算获得了DMAMP的A-带短时结构动力学和其后的衰变动力学表明,C1=O6和C2=C3之间的瞬时去共轭效应发生在S₂(ππ^*)态的Franck-Condon区域,激发态电荷重分布机制表明,C3和二甲氨基之间以及C1和C2之间的共轭增强效应发生在波包离开Franck-Condon区域后．C1=O6和C2=C3之间的去共轭效应使得-C3=N(CH₃)₂沿着C2-C3键旋转更加容易,C1-C2之间以及C3和N(CH₃)的共轭增强效应使得绕C1-C2和C3-N5旋转变得比较困难．这些表明DMAMP初始结构动力学沿着CI-1(S₂/S₀)交叉点展开,而沿CI-2(S₂/S₀)和CI-3(S₂/S₀)交叉点展开的几率可以忽略．提出了DMAMP分子受光激发从S_2,FC(ππ^*)经由各锥形交叉点和各系间窜跃点回到S₀或T_1,min的两个衰变通道.     

使用超快拉曼光谱技术研究四极矩给体-受体-给体分子的激发态动力学

具有对称结构和四极矩性质的给体-受体-给体分子在激发态通常展现出从离域的电荷转移态向局域的电荷转移态转化的电荷重分布过程，该现象已被多种超快时间分辨光谱技术进行了大量研究. 飞秒受激拉曼光谱是一种常用的超快时间分辨光谱，该光谱可以通过检测分子内特定的振动模来研究分子激发态动力学. 本研究采用的4，4''-(1，3-丁二炔-1，4-二基)双(N，N-二(4-甲氧苯基)苯胺)含有位于中间位置的两个相邻炔基(电子受体)和对称分布在分子两侧的N，N-二(4-甲氧苯基)苯胺(电子给体). 研究发现，飞秒受激拉曼光谱能够实时观测该分子在溶剂中发生的激发态电荷重分布过程. 该结果将有助于深入研究具有相邻特征官能团的对称四极矩分子光致电荷局域/离域动力学.     

[Au25(SR)18]-团簇的相干振动动力学研究

利用飞秒时间分辨光谱,可观测叠加在电子态动力学上的相干振动动力学. 从金团簇的相干振动中,不仅能提取电子与振动的耦合信息,也能得到力学性质和电子结构,进而有望实现微小质量探测等应用. 本文利用飞秒时间分辨的瞬态吸收探测了[Au₂₅(SR)₁₈]^-团簇的相干振动动力学,通过对相干振动的频率、相位、波长分布的详细分析进一步揭示了其来源. 在[Au₂₅(SR)₁₈]^-团簇的飞秒瞬态吸收动力学中可以观测到频率为40 cm^-1和80 cm^-1的两种振动,均来源于团簇中心Au₁₃核的振动. 通过对相干振动的相位分析发现频率为80 cm^-1的振动来自于对电子态之间吸收频率的调制,而频率为40 cm^-1的振动来源于对电子态之间吸收强度的调制. 同时,研究发现[Au₂₅(SR)₁₈]^-团簇相干振动的频率对其表面配体不敏感,该振动是来源于Au₁₃核的本征性质.     

NO分子b4Σ--a4Πi(4,0)带的吸收光谱

通过对NO与He流动混合气体放电, 产生了激发态的NO(a⁴Π_ii) 分子. 利用光外差-浓度调制吸收光谱技术测量了NO分子在12530-12850 cm^-1波段内的吸收光谱, 并标识出b⁴Σ^--a⁴Π_i(4,0)带在该波段内的324条光谱跃迁谱线. 采用标准⁴Σ^--⁴Π_i哈密顿量模型, 通过非线性最小二乘法拟合其中267条谱线, 拟合残差(0.0071 cm^-1) 接近实验系统测量误差(0.007 cm^-1). 获得的主要分子常数与文献提供的常数符合, 并且拟合得到了精细结构分子常数.     

红外扫描和频振动光谱系统的激光线宽与光谱分辨率

本文报道了一个简化的利用可见光和红外光带宽来计算和频光谱分辨率的公式. 公式显示和频振动光谱的Voigt线宽可以通过振动模式的均匀线宽(洛伦兹线宽)、非均匀线宽(高斯线宽)、红外光与可见光的高斯线宽计算获得. 利用本实验室新搭建的频率分辨及偏振分辨的皮秒和频光谱系统验证了该公式的准确性. 实验结果显示,本激光系统获取的红外光的高斯线宽为1.5 cm^-1. 本激光系统的光谱分辨率约为4.6 cm^-1,结果与胆固醇单层膜光谱获取的光谱分辨率(3.5~5 cm^-1)基本一致.     

光系统ⅡChl分子能量传递超快光谱动力学

利用ICCD飞秒扫描成象和飞秒时间分辨光谱装置实验研究了高等植物捕光天线LHCⅡ三聚体和PSⅡ颗粒复合物的超快光谱动力学,经过吸收光谱和发射光谱分析,确定在LHCⅡ三聚体中至少存在7种Chl分子光谱特性,分别是Chlb_653/656^658.7、Chla_662.0^665.2、Chla/b_670/671^677.1、Chla_675.0^677.1、Chla_680/681^682.9、Chla_685.0^689.1和Chla_695.0^695.6.采用光强1013光子/cm²/脉冲激励浓度为30μg/mL的捕光天线LHCⅡ三聚体,在650nm到705nm谱段逐点探测分析处理,产生了2组短寿命组分210fs、520fs和5.2ps、36.7ps及2个长寿命组分1.8ns、2ns.最快的3个寿命210fs、520fs和5.2ps反映了三聚体Chlb分子向Chla分子的激发能传递过程;寿命36.7ps反映了Chla分子向相邻单体Chla分子的激发能传递过程;最长的2个寿命1.8ns和2ns是在三聚体中Chla分子通过中间体Chla分子辐射荧光,分别跃迁回基态的过程.获得的6个寿命组分有把激发能传递时间与Chla/b分子发射光谱相结合的特点.经拟合处理解析PSⅡ颗粒复合物光谱,得到3个组分谱,其峰值分别为686.8nm、692.2nm和694.9nm,与LHCⅡ比较分析,说明天然构型的PSⅡ有很强的吸收光能和有效传递光能的本领.     

N2O+离子A2Σ+电子态高振动能级的转动结构分析

利用一束波长为36055nm的激光，通过(3+1)共振多光子电离方法制备纯净的且处于X²Π_1/2，3/2(000)态的N₂O⁺离子，用另一束激光激发所制备的离子到第一电子激发态A²Σ⁺的不同振动能级，然后解离，通过检测解离碎片NO⁺强度随光解光波长的变化，得到了转动分辨的N₂     

SiO2分子的基态(X1A1)结构与分析势能函数

应用群论及原子分子反应静力学方法推导了SiO₂分子的电子态及其离解极限，采用B3P86方法，在6-311G^**水平上,优化出SiO₂基态分子稳定构型为单重态的C_2V构型，其平衡核间距R_e=R_Si—O=0.1587 nm,∠OSiO＝111.2°,能量为-440.4392 a.u..同时计算出基态的简正振动频率:对称伸缩振动频率ν(B₂)=945.4cm^-1，弯曲振动频率ν(A₁)=273.5 cm^-1和反对称伸缩振动频率ν(A₁)=1362.9cm^-1.在此基础上，使用多体项展式理论方法，导出了基态SiO₂分子的全空间解析势能函数，该势能函数准确再现了SiO₂(C_2V)平衡结构.     

高分辨的一氧化二氮光解离实验研究

利用"时间切片"离子速度成像技术研究了N₂O分子在134.20、135.20和136.43 nm波长下的真空紫外光解动力学. 实验中通过采集解离产物O(¹S_J=0)的离子影像来研究O(¹S_J=0)+N₂(X¹∑_g⁺)这一解离通道. 从各个波长下的实验影像可获得产物N₂(X¹∑_g⁺)的振动态分辨的结构,进而得到产物的总平动能谱和产物N₂的振动态布居. 实验结果表明在实验的光解波长下,产物N₂(X¹∑_g⁺)主要布居在v=2和v=3. 此外,还得到了产物N₂的振动态分辨的各向异性参数β,从中发现产物N₂的β值在三个解离波长下均表现出相似的特征,即随着振动量子数的增大,β值从趋近于2逐渐减小至1.4. 这一现象表明低振动态产物是通过一个以平行跃迁解离为主的解离过程产生的,而高振动态的产物来自于一个更加弯曲的中间构型的解离. 此推论与在平动能谱中所见到的最强转动态布居随着振动量子数的增大而出现的位移是相一致的.     

锶原子互组跃迁谱的实验研究

观测了热原子束中锶原子(5s²)¹S₀—(5s5p)³P₁ 互组跃迁的荧光谱和饱和荧光谱, 实验测定了不同的参量下 ⁸⁸Sr(5s²)¹S₀—(5s5p)³P₁ 互组跃迁荧光谱. 研究结果表明: 不同的实验参数(温度、激光光强、激光扫描频率)对谱线有较大的影响, (5s5p)³P₁态的长寿命特点导致谱线强度随激光扫描频率呈倒数关系变化; 由于Doppler增宽, 渡越增宽等因素的影响, 谱线线宽远大于其自然线宽且随激光扫描频率呈正比关系变化.     

黄芩素激发态分子内质子转移耦合电荷转移反应的实验和理论研究

通过稳态光谱实验和量子化学计算相结合,研究了黄芩素激发态质子转移耦合电荷转移的反应. 实验和计算中S₁态吸收峰的缺失表明S₁态是暗态. S₁暗态导致在实验中观察不到黄芩素在乙醇溶液中的荧光峰,且固体的荧光峰很弱. 黄芩素分子的前线分子轨道和电荷差异密度表明S₁态是电荷转移态,然而S₂态是局域激发态. 计算的黄芩素分子的势能曲线在激发态只有一个稳定点,这表明了黄芩素激发态分子内质子转移的过程是一个无     

六硝基菧溶液的νs(NO2)激发及弛豫过程的相干反斯托克斯拉曼光谱

研究含能材料的振动激发和弛豫过程能深入理解含能材料的超快动态响应过程. 利用亚皮秒分辨的相干反斯托克斯拉曼(CARS)技术,实验直接观察基态的六硝基菧溶液中ν_s(NO₂)激发峰位于1385 cm^-1,弛豫时间为0.38和8.5 ps. 飞秒CARS实验观察到相应的拍频现象.