同步辐射单光子电离技术研究乙醚富燃火焰

本文利用同步辐射单光子电离和分子束质谱技术研究了乙醚在富燃条件下的低压预混火焰.通过测量光电离质谱和扫描光电离效率谱,我们鉴别了该火焰中大部分的燃烧中间体及产物.此外,通过改变燃烧炉的位置测量光电离质谱,得到了各燃烧中间体及产物的摩尔分数曲线.实验结果为深入研究乙醚燃烧动力学并揭示含氧有机化合物在火焰中的反应机理提供了依据.     

同步辐射研究汽油火焰中的成分

利用同步辐射和分子束取样技术研究了汽油与氧气低压预混火焰的燃烧产物,得到汽油燃烧火焰中部的光电离飞行时间质谱图以及一些成分的电离能.与文献中的电离能比较后可以确定火焰中产物的具体结构.通过空间分布曲线着重分析了五种有害物质的反应过程,为建立燃烧反应动力学模型奠定了基础.     

甲醇对正庚烷层流预混火焰影响的实验研究

利用低压层流预混火焰结合同步辐射真空紫外光电离技术和分子束取样质谱技术,探测到并计算了甲醇摩尔掺混比为0%、11%、28%和50%的甲醇/正庚烷/氧气/氩气火焰中62种燃烧中间产物和最终产物的摩尔分数.结果发现,甲醇的加入对正庚烷的消耗速率和大分子裂解没有影响,其主要作用表现在对C1和C2小分子摩尔分数的影响.甲醇的氧...     

燃烧:一个不息的话题--同步辐射单光子电离技术在燃烧研究中的应用

燃烧应用于工业、农业、交通运输、国防等各个领域，提供了当今社会极大部分的能量需求。100多万年前人类就开始利用燃烧，人类研究燃烧已经有150多年的历史。本文介绍了将同步辐射真空紫外单光子电离技术结合分子束取样，应用于燃烧研究中，可以探测到燃烧中的各种中间物，包括稳定的和不稳定的产物。通过扫描光子能量，测量产物的光电离效率谱，可以区分其同分异构体，因此，利用这种新的诊断技术，在150年后的今天，我们仍然可以在火焰中发现很多新的燃烧中间体，为发展燃烧动力学模型提供精确的实验数据。最后，展望该方法在其它学科中的可能应用。     

利用同步辐射研究正庚烷火焰燃烧特性

利用同步辐射单光子电离和分子束取样技术并结合飞行时间质谱仪,在低压、预混、燃油当量比为1.0情况下研究正庚烷层流火焰的燃烧特性.共检测出24种中间产物,并计算出其摩尔分数.在燃烧反应前期,主要中间产物是酮、醚类物质.在燃烧反应后期,主要中间产物是碳氢化合物,燃烧反应前期的中间产物在燃烧反应后期继续氧化.乙烯在所有中间产物中摩尔分数最大的.另外,火焰中丙炔与苯有极大的相关性.     

乙基苯低压预混火焰中间体构成的研究

本文利用同步辐射真空紫外光电离质谱技术对当量为0.75、1.00和1.79的低压预混乙基苯火焰进行了研究(P=4.0 kPa),得到了详细的中间体构成信息,并通过质谱分析,对不同当量下中间体浓度的变化进行了讨论。实验发现,乙基苯贫燃火焰中产生了大量的含氧中间体,而富燃火焰中产生了更多的碳氢化合物中间体,尤其是多环芳烃。苯、甲苯和苯乙烯在不同当量的火焰中均具有较强的信号,从而验证了文献中的乙基苯的三条主要解离通道。     

汽油/氧气预混火焰中烯丙基自由基的真空紫外光电离研究

分子束取样结合同步辐射光电离质谱技术研究了低压汽油／氧气／氩气预混火焰中的烯丙基自由基,测得了它的光电离效率曲线,通过光电离效率曲线得到烯丙基的电离阈值为(8.13±0.02)eV。另外,用从头算分子轨道理论得到了烯丙基及其阳离子的构型和能量,给出了烯丙基自由基的绝热电离能为8.18 eV。计算的电离能与实验得到的电离能符合得很好,这一结果有助于今后鉴别和分析其它火焰中的烯丙基自由基,且对研究火焰燃烧机理有十分重要的价值。     

低压预混甲苯/氧气/氩气火焰的中间体构成

本文利用同步辐射真空紫外光电离质谱技术对当量为0.75、1.00、1.25、1.50和1.75的低压顶混甲苯火焰进行了研究(P=4.0kPa)。通过扫描光电离效率谱,得到了包括同分异构体和自由基在内的详细中间体构成。实验结果表明贫燃和当量火焰中产生了大量含氧中间体,而随着当量的提高,碳氢化合物中间体,尤其是芳香烃类中间体的种类和信号强度均不断增加,显示了氧化和热解机理在火焰中的角色变化。     

燃烧法合成碳纳米管的实验方案设计

碳纳米管是一种新型的碳材料,其合成方法多种多样。燃烧法是一种新兴的合成方法,燃烧过程提供用于碳纳米管生长的高温环境,同时也提供足够的烃原料。目前,用于合成碳纳米管的原料包括气体燃料和液体燃料,火焰类型主要有层流扩散火焰、逆流扩散火焰和预混火焰等。影响炭纳米管火焰合成的因素主要有气体成分,温度,催化剂,燃氧比和采样条件。我们采用甲烷扩散火焰用于实验研究炭纳米管的合成条件。实验系统包括扩散火焰喷嘴,混和段,质量流量计,取样探针和基板,气源。内径5 mm的喷嘴与内径100 mm的钢筒同轴。实验测得在气量为0．20 SLM时火焰高度为 3．5 cm。涂覆有催化剂的基板水平朝下置于火焰中采样,并将采集的样品进行电镜分析。本文还对燃烧法合成碳纳米管的机理进行了分析。     

异辛烷/正庚烷混合燃料燃烧中间产物的浓度分布特性

用同步辐射单光子电离和分子束取样技术结合飞行时间质谱仪,在低压预混层流火焰中测量异辛烷/正庚烷混合燃料(体积比9:1)在当量比为1.0时燃烧的主要中间产物.检测出24种主要中间产物,计算各种物质的摩尔分数,对其空间浓度分布进行比较分析,得出不同温度下的物质生成历程.添加金属矿物质可以明显改变热解过程中燃料氮向N2的转化特性.     

Identification of Intermediates in Pyridine Pyrolysis with Molecular-beam Mass Spectrometry and Tunable Synchrotron VUV Photoionization

利用可调谐同步辐射真空紫外光电离结合分子束取样技术研究吡啶的热解,温度是1255―1765 K、压力为267 Pa. 通过测量光电离质谱和光电离效率谱,鉴别了近20种产物和中间物,并给出了物种随温度变化的摩尔分数. 主要的产物为H2、HCN、C2H2、C5H3N、C4H2和C3H3N. 根据实验结果分析了吡啶热解的一些主要反应路径.     

正丁烷和异丁烷低压热解的产物鉴定及质谱分析

利用同步辐射真空紫外光电离质谱技术研究了正丁烷和异丁烷在流动反应器中的低压热解,实验温度为823～1823 K. 通过扫描光电离效率(PIE)谱探测并鉴定了20多种热解产物,特别是多种自由基和同分异构体. 在质谱分析的基础上讨论了正丁烷和异丁烷热解的不同特性,从而为丁烷同分异构体分解路径的讨论提供了实验依据. 通过讨论可以发现,丁烷的同分异构体结构对它们的主要分解路径具有强烈的影响,从而导致了它们质谱和PIE谱的差异,如不同的主要产物和丁烯产物结构等. 此外与正丁烷热解相比,异丁烷热解在较低的温度下即可生成苯,这与后者中炔丙基和C4物种等苯前驱体的生成得到了加强是密切相关的,也为解释支链烷烃碳烟生成趋势高于直链烷烃的现象提供了实验线索.     

利用同步辐射研究汽油及其混合物的火焰成分特征

本文利用同步辐射和分子束取样技术并结合飞行时间质谱仪,分别检测了加入MTBE前后的汽油在氧气中的燃烧产物.通过比较标准汽油与MTBE/汽油在火焰中的成分差异,以及几种典型燃烧产物的空间分布曲线,分析了MTBE对汽油的微观影响机理,为建立燃烧反应动力学模型提供了参考.     

在线光电离质谱方法研究HUSY选择性中毒对聚丙烯催化热解行为的影响

利用热解-光电离飞行时间质谱方法,在线研究了不同酸性强度的HUSY沸石催化剂对聚丙烯（PP）催化热解的影响.将HUSY以不同程度的氨气毒化处理,得到不同酸强度和酸位点数量的催化剂,在线获得PP与酸性强度不同HUSY在不同热解温度下的光电离质谱图,通过程序升温热解实验,获得PP与酸性强度不同的HUSY经热解后产物随温度升高的变化趋势.结果表明PP热解产物的生成温度、选择性和转化率均与HUSY的酸性有较强关联.     

偶氮苯的同步辐射光电离研究

用同步辐射光电离质谱与符合技术的相结合测定了偶氮苯光电离效率谱，获得了该分子的电离势，导出了分子和分子离子中某些键的解离能以自由基Ｃ６Ｈ５Ｎ２的电离势。测得了不同光子能量激发下的质谱图，并对不同能量时偶氮苯的解离电离方式进行了分析。     

苯的同步辐射光电离效率谱的研究

用合肥国家同步辐射实验室光化学站的实验装置研究了苯分子的光电离质谱，从所得光电离效率谱精确地定出了苯分子的电离势及苯离子的出现热，并首次报道了三个苯离子的离解能。     

Control of the photoionization/photodissociation processes of cyclopentanone with trains of femtosecond laser pulses

A train of three equally spaced femtosecond laser pulses is employed to control the photoionization/photodissociation processes of cyclopentanone. With the increase of pulse separation, a strong modulation of product ion yield is observed. More than ten-fold changes of ion yield ratio between different products can be realized. The experimental observations further explain the compositions and formation pathways of peaks in the mass spectra. The controlling mechanisms are also discussed.     

可扩展到生物医药激光检测的新方法和新技术

可见光波段激光"多色多光子光谱技术"应用到生物样品方面可替代紫外光,因为紫外光容易将生物分子打成碎片而破坏生物分子.可见光波段的激光多色多光子有选择地多步激发同样可达到紫外光所激发的能级位置,甚至可达到更高的激发能位,并不破坏生物样品,分辨率、灵敏度、选择性和探测目标的准确性更高.用一束二倍频Nd:YAG激光(重复频率10次·s-1)同步泵浦三台脉冲可调谐染料激光器、含微通道板组件的飞行时间质谱仪、纳秒示波器和Boxcar等测量了UI的多色三光子共振光电离谱和高时间分辨激光光谱;文章多项创新点在于:首次用激光诱导量子布居的图型法,给出了在三色三光子共振光电离实验中单色和双色三光子共振光电离谱峰产生的原因;解决了如何避免产生单色和双色峰的问题,也就是解决了如何避免产生"假峰"的问题,使多色三光子共振光电离纯度显著提高;在此基础上,不仪将相距很近、能级位置仪差0.642 cm-1、很难分开的铀同位素A和B两个谱峰很好地分开了,而且分别测得了这两个能级的激发态寿命值等.此技术不仪限于铀光谱研究,更重要的是提供了它的通用性新信息.这项基础研究新方法和新技术可扩展到生物和医药样品激光检测和分析研究领域.     

An experimental study of the rich premixed ethylbenzene flame at low pressure

A slightly sooting premixed ethylbenzene flame with an equivalence ratio of 1.90 was investigated at low pressure (4.0 kPa) using molecular-beam mass spectrometry (MBMS) and tunable synchrotron vacuum ultraviolet (VUV) photoionization. Basing on the ionization threshold measurements of photoionization efficiency (PIE) spectra, combustion intermediates up to C₁₉H₁₂ were identified, including a number of radicals and isomeric species. Mole fraction profiles of observed flame species were evaluated from the measurements of burner scan at the photon energies near ionization thresholds. Besides, the flame temperature profile was measured by a Pt/Pt-13%Rh thermocouple. From the intermediate identification and mole fraction measurements, the degradation of ethylbenzene, as well as the formation of some interested polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), was discussed in detail. It is suggested that the formation of most typical PAHs observed in this work can be related to the H-abstraction/C₂H₂-addition (HACA) mechanism. Furthermore, the high concentration levels of intermediates in this flame is ascribed to the weak C-C bonds in the sidechain of ethylbenzene, which provides a potential explanation of the high sooting tendencies of ethylbenzene and other monocyclic aromatic fuels with complex sidechain structure. This study is anticipated to be constructive for combustion investigations of aromatic fuels, and the discussion is hoped to be helpful for further modeling studies concerning PAHs formation in combustion process.