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.     

超高碰撞能23.84kJ/mol下反应F+D_2→DF+D的交叉分子束研究（英文）

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+D_2→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.     

D+DBr反应的态-态动力学研究

在0—2.0 eV的碰撞能范围内采用含时量子波包方法和二阶分裂算符传播子对初始量子态为(v_0=0,j_0=0)的D+DBr反应进行了态分辨理论水平上的动力学计算.计算了抽取反应通道D+DBr→Br+D_2和置换反应通道D'+DBr→D+D'Br的反应概率、积分截面、微分截面、产物的振动和转动分布以及速率常数等动力学性质,并与相应的理论和实验结果进行了比较.结果表明:计算的速率常数与实验结果十分符合.微分截面的结果表明:对于抽取反应,前向的剥离反应机制在反应过程中占据主导地位;对于置换反应,头碰头的反弹机制占据主导地位.     

Br_2~+分子离子[1+1]双光子解离动力学（英文）

本文利用最近研制的低温离子阱-离子速度成像谱仪在冷离子束中研究了同位素质量分辨的~(79)Br_2~+分子离子的[1+1]双光子激光解离动力学.借助其1~4∑_(u,3/2)~-态为中间态使~(79)Br_2~+共振吸收两个光子至4～5 eV区域的高激发态并发生解离.利用离子速度成像技术获得了光解产物~(79)Br~+的二维速度分布和平动能释放谱.通过平动能释放谱确定了不同解离能量处量子态分辨的解离产物通道分支比.光碎片产物的角分布表明~(79)Br_2~+分子离子的双光子解离是1~4∑_(u,3/2)~-态的△Ω=0平行跃迁至一个Ω=3/2高解离态发生的.由于分子激发态中的强自旋-轨道耦合作用,高激发的四重态很可能参与到实验观测的光解过程.     

O~++H_2→OH~++H反应的动力学研究

采用含时量子波包方法结合二阶分裂算符传播子对初始态为(v=0, j=0)的O~++H_2→OH~++H反应体系在0.01—1.00 eV的碰撞能范围内进行了态分辨理论水平上的动力学计算.对反应概率、积分截面、微分截面以及固定初始态的热速率常数等动力学信息进行了计算并与文献报道的实验和理论结果进行了比较.结果表明本文的理论结果与实验结果十分符合.从微分截面的散射信息可知,在低碰撞能范围内,插入反应机制在反应中占据主导地位.随着碰撞能的增加,反应机制逐渐由插入机制变为抽取反应机制.     

高分辨交叉分子束实验研究F+HD→DF+H在碰撞能为8.19～ 18.98 kJ/mol的反应

运用高分辨的H原子里德堡标记飞行时间谱方法, 研究了F+HD→DF+H反应在碰撞能为8.19～18.98 kJ/mol的动力学过程. 获取了产物振转态分辨的微分截面. 在低碰撞能,DF产物主要为后向散射;随着碰撞能的增加侧向散射产物增强. 除了后向和侧向散射产物,还首次观察到了该反应中的DF(v′=4)前向散射产物. 随着碰撞能的增加,DF(v′=4)前向散射产物逐渐增强. 分析了总能量在产物振动、转动和平动中的分配随碰撞能以及散射角的变化;获得了DF产物的振动分支比随碰撞能的变化关系. 同时也对DF(v     

H+D2O→HD+OD反应的微分截面:一种全维态-态量子动力学计算

用含时波包方法计算得到H+D₂O→HD+OD反应的第一个初始基态,第一对称（100）和反对称（001）伸缩振动激发态的全维态-态微分截面.计算的三个初始态的微分截面在低碰撞能量下都是很强的后向散射.随着碰撞能量的增加,微分截面越来越宽,伴随着峰的位置逐渐向小角度移动,与标题反应是一个通过抽取机理的直接反应相一致.发现（100）和（001）态不只有几乎完全相同的积分截面,还有基本相同的微分截面-在相同的总能量下和基态反应也接近.反应产生的OD只有很小一部分在v=1态上,其分布几率和基态与振动激发态的相对几率相似,从而证实了Zare等人的实验结果和局域模式图像.另外让人意想不到的是,在相同的总能量下,伸缩激发抑制了产物HD的转动激发.     

高分辨交叉分子束实验研究F+HD→HF+D在碰撞能为5.43～18.73 kJ/mol的反应

运用高分辨的H/D原子里德堡标记飞行时间谱方法,研究了F+HD→HF+D反应在5.43～18.73 kJ/mol十个碰撞能下的动力学过程. 获取了产物振转态分辨的微分截面. HF(v′=2)前向产物的强度随着碰撞能的增大而降低,表明随着碰撞能的增大共振贡献减弱. 当碰撞能高于HF(v′=3)产物的阈值能量时,观察到了该产物的前向散射峰. 分析了总能量在产物振动、转动和平动中的分配以及HF产物的振动分支比随碰撞能的变化关系.     

交叉分子束实验研究F+D_2(v=1,j=0)反应（英文）

本文使用交叉分子束方法研究了氟原子和振动激发态氖分子D_2(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D_2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D_2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D_2的反应信号,相应的产物DF分子布居于u'=2,3,4,5振动态上.与振动基态反应F+D_2(v=1,j=0)相比,振动激发态反应F+D_2(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.     

采用量子含时波包方法研究H/D+Li_2→LiH/LiD+Li反应

采用量子波包方法和二阶分裂算符方法对H/D+Li_2→LiH/LiD+Li反应在0.01到0.4 eV的碰撞能范围内进行了动力学计算.在态分辨的理论水平上计算了反应概率、积分截面、微分截面等动力学性质并与之前的理论结果进行了比较.结果表明:由于本文的计算中包含了总角动量J在体固定坐标轴上的所有投影所得,结果更加精确;此外,当H原子被重的同位素原子D取代,反应概率、积分截面增大,然而这并没有对反应机理产生大的影响.前后对称的微分截面表明插入反应机理在反应过程中占据主导地位.     

F+H2→HF+H反应的全量子态分辨的散射动力学研究

利用高灵敏度的氢原子里德堡飞渡时间谱方法研究了 F H_2→HF H 反应碰撞能在5.02kJ/mol 下的交叉分子束反应态态散射动力学.所有在时间飞渡谱中被观测到的谱峰可以归属为 HF 产物的振转态结构.还观测到了明显的 HF(v’=3)前向散射,以及少许的 HF(v’=2)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.     

High Resolution Crossed Beams Scattering Study of the F+HD→DF+H Reaction

采用高分辨的氢原子里德堡态标识的飞行时间谱技术,对F+HD→DF+H反应进行了交叉分子束研究. 在2.51～5.60 kJ/mol的8个碰撞能下,测得了部分转动态分辨的微分截面. 实验结果显示,反应产物角分布表现出显著的后向散射,随着碰撞能的提高,角分布会逐渐变宽. 确定了产物振动态分支比随碰撞能变化的关系. 结果显示产物DF表现出高度振动态反转布居,其中DF(v′=3)态是布居数最高的产物态,在3.97 kJ/mol以上还探测到产物DF(v′=1)的信号.     

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.     

碰撞能和同位素取代对H+BrF→HBr+F反应立体动力学影响的理论研究

基于拟合得到的London-Eyring-Polanyi-Sato势能面,运用准经典轨线方法对H+BrF→HBr+F反应的立体动力学性质进行了理论研究.计算了反映矢量相关的角分布和对光诱导的双分子反应实验敏感的四个极化微分散射截面.结果表明:随着碰撞能的增加,产物的转动极化变强,并且产物的后向散射占主导地位.通过比较D+BrF→DBr+F和H+BrF→HBr+F反应的产物极化,揭示了明显的同位素效应.     

低碰撞能3.03∽17.97 meV内F+HD→DF+H的反应微分截面

基于氢原子里德堡态飞行时间谱探测方法及多通道探测的优势,利用交叉分子束实验装置系统地研究了低碰撞能3.03∽17.97 meV内的F+HD→DF+H反应. 实验中清楚地观测到来自波恩-奥本海默近似禁阻的反应F^*(²P_1/2)+HD→DF+H和波恩-奥本海默近似允许的反应F(²P_3/2)+HD→DF+H的贡献. 在后向散射方向上,波恩-奥本海默近似禁阻的反应F^*(²P_1/2))+HD的贡献远远大于波恩-奥本海默近似允许的反应F(²P_3/2)+HD,表明非绝热效应在低碰撞能下F+HD→DF+H中扮演着重要角色. 并且,后向散射信号随着碰撞能的降低而单调降低,未出现反应共振的特征. 实验中还获得了低碰撞能3.03∽17.97 meV内波恩-奥本海默近似禁阻的和波恩-奥本海默近似允许的反应微分截面,其中最出乎意料的现象是：随着碰撞能的降低,产物的角分布由后向散射逐渐转变为侧向散射,这可能是在低碰撞下存在的某种未知反应机理引起的.     

羟基自由基双光子激发解离动力学（英文）

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)解离通道是山于羟基在经山A~2∑~+(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2~2Π和B~2∑~+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山基的解离能为35580±15cm~(-1).     

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．     

He原子和BH分子碰撞体系的转动激发能量转移

在碰撞体系He+BH的CCSD(T)二维势能面基础上,应用密耦方法,研究了 He+BH分子碰撞转动激发过程.计算了该体系的转动态-态激发的弹性和非弹性的微分和积分截面,分析了计算结果与势能面特征间的关系.结果表明: He原子以从H原子端共线形式碰撞BH分子对j=0→j'=2的激发最为有效;短程排斥对Δj=2的激发作用较大;态-态跃迁总截面出现振荡结构,长程部分分波只对j=0→j'=1的跃迁总截面有较大贡献,j'≥ 关键词： He+BH体系 转动激发 散射截面     

Na离子和Cl离子引起He原子直接多重电离过程的研究

利用2～8 MeV的Naq+、Clq+(q=2,3,4,5)轰击氦原子,对碰撞的直接多重电离过程进行研究.实验采用反冲离子-散射离子飞行时间符合技术,通过反冲离子飞行时间谱区分不同价态反冲离子;利用静电偏转和位置灵敏探测技术区分不同电荷态散射离子;结合CAMAC-PC多参数获取系统得到一定价态散射离子所对应的反冲离子电荷态分布谱;经分析该谱得到直接多重电离截面与直接单电离截面之比R21.讨论了R21随入射离子速度和电荷态的变化关系.