飞秒时间分辨的光电子影像对3-甲基吡啶分子超快动力学研究

利用飞秒时间分辨的光电子影像技术结合时间分辨的质谱技术,研究了3-甲基吡啶分子激发态的超快过程. 实时观察到了3-甲基吡啶分子S₂态向S₁态高振动能级的超快内转换过程,该内转换的时间大约为910fs. 二次布居的S₁态主要通过内转换衰减到基态S₀,该内转换的时间尺度为2.77 ps. 光电子能谱分布和光电子角分布显示,S₂态和S₁态在电离的过程中跟3p里德堡态发生偶然共振. 本次实验中还用400 nm两个光子吸收的方法布居了3-甲基吡啶的3s 里德堡态. 研究表明,3s 里德堡态的寿命为62 fs,并主要通过内转换快速衰减到基态.     

2-甲基呋喃分子激发态超快非绝热动力学（英文）

利用飞秒时间分辨的光电子影像技术研究了2-甲基呋喃分子激发态超快非绝热动力学。2-甲基呋喃分子吸收两个400 nm的光子后同时被激发到n=3的里德堡态S1[~1A′′(π3s)]、~1A′(π3p_x)、~1A″(π3p_y)、~1A″(π3p_z)和价电子态~1A′(ππ*),之后被两个800 nm的光子电离。通过母体离子产率随泵浦-探测延迟时间的变化曲线测得这些里德堡态与价电子态的平均寿命为50 fs。通过解析光电子能谱中n=3的里德堡态与价电子态所对应的组分峰的相对演化特征,观测到了这些激发态之间的内转换过程,并且揭示了价电子态~1A′(ππ*)在内转换过程中扮演的重要"纽带"作用。里德堡态与价电子态之间的混合,形成势能面间的锥形交叉,导致了如此超快的内转换过程。     

飞秒时间分辨的光电子影像技术研究2-氯吡啶超快内转换动力学

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-氯吡啶分子激发态的超快过程. 实时观察到了2-氯吡啶分子第二激发态(S₂)向第一激发态(S₁)高振动能级的的超快内转换过程,该内转换的时间常数为(162±5)fs. 实验结果表明, 通过S₂/S₀的锥形交叉衰减到基态的衰减通道也是退布居的重要通道, 其时间尺度为(5.5±0.3) ps.     

飞秒时间分辨的光电子影像研究氯化苄分子内转换动力学(英文)

结合时间分辨的飞秒光电子影像(TRPEI)技术和时间分辨的质谱技术,研究了氯化苄(BzCl)分子内转换动力学过程.从光电子影像中获得了光电子动能分布和角度分布.氯化苄分子吸收两个400nm的光子后从基态跃迁到S4态和S2态.获得的母体离子随泵浦-探测时间延迟变化的曲线可以用两个指数函数进行拟合,包括一个时间常数为50fs的快速组分和一个时间常数为910fs的慢速组分.通过分析光电子动能分布随延迟时间的变化,我们认为分子被激发到S4态后在很短的时间内与S2态发生耦合迅速弛豫到S2态,然后再经内转换(IC)弛豫到S1态.最初布居的激发态分子经过内转换弛豫到S1态的时间尺度为50fs.910fs的慢速时间组分反映了分子弛豫到S1态后,经内转换向基态S0的弛豫.光电子角度分布的各向异性参数从零时刻的0.87增加到25fs时的0.94,然后逐渐减小到190fs时刻的0.59的现象,也反映了氯化苄分子从S4态耦合到S2态,然后内转换到S1态的动力学过程.     

丙烯酸分子的激发态超快预解离动力学

利用飞秒泵浦-探测技术结合飞行时间质谱(TOF-MS),研究了丙烯酸分子被200nm泵浦光激发到第二电子激发态(S2)后的超快预解离动力学.采集了母体离子和碎片离子的时间分辨质谱信号,并利用动力学方程对时间分辨离子质谱信号进行拟合和分析,揭示了预解离通道的存在.布居在S2激发态的分子通过快速的内转换弛豫到第一电子激发态(S1),时间常数为210fs,随后再经内转换从S1态弛豫到基态(S0)的高振动态,时间常数为1.49ps.分子最终在基态高振动态势能面上发生C-C键和C-O键的断裂,分别解离生成H2C=CH和HOCO、H2C=CHCO和OH中性碎片,对应的预解离时间常数分别约为4和3ps.碎片离子的产生有两个途径,分别来自于母体离子的解离和基态高振动态势能面上中性碎片的电离.     

飞秒时间分辨的光电子谱对苯S2态的超快动力学研究

结合飞秒时间分辨的质谱技术与时间分辨的光电子影像技术对苯S₂激发态的超快动力学进行了研究.苯分子吸收两个400 nm的光子被激发到S₂态,之后再用一个267 nm的光子对其进行探测.获得的母体离子产率随泵浦探测时间延迟的变化曲线包含了两个不同的时间寿命组分.第一个时间寿命组分(90 ± 1) fs被归纳为S₂态到S₁/S₀态的内转换过程;第二个时间寿命组分(5.0 ± 0.2) ps被归纳为S₁态的衰减过程.实验中观察到的第二个寿命组分小于早前的研究结果,这表明了在S₁态的衰减过程中还可能存在其他的过程.从时间分辨的光电子影像提取得到的光电子能谱中发现了一个新的失活过程,该过程被归结为激发态S₁的振动态与“热”三重态T₃之间的系间交叉过程.     

氯苯分子第一激发态超快动力学

利用时间分辨飞秒光电子影像技术结合时间分辨质谱技术, 研究了氯苯分子第一激发态的超快过程. 266.7 nm单光子将氯苯分子激发至第一激发态. 母体离子时间变化曲线包括了不同的双指数曲线. 一个是时间常数为(152±3) fs的快速组分, 另一个是时间常数为(749±21) ps的慢速组分. 通过时间分辨的光电子影像得到了时间分辨的光电子动能分布和角度分布. 时间常数为(152±3) fs的快速组分反映了第一激发态内部的能量转移过程, 这个过程归属为氯苯分子第一激发态耗散型振动驰豫过程. 时间常数为(749±21) ps的慢速组分反映了第一激发态的慢速内转换过程. 另外, 实验实时观察到典型的非对称陀螺分子(氯苯)激发态的非绝热准直和转动退相干现象. 并推算出第一次转动恢复时间为205.8 ps (C类型)和359.3 ps (J类型).     

邻二氯苯激发态动力学

利用飞秒分辨的激光泵浦-探测技术结合飞行时间质谱和光电子速度成像方法研究了邻二氯苯第一电子单重激发态(S₁)的超快动力学.邻二氯苯的S₁态振动基态寿命为(651 ± 10) ps,对应于S₁振动基态向三重态的系间窜越过程.邻二氯苯S₁的高振动激发9a₂18a₂对应两个衰减通道,其中寿命为(458 ± 12) fs的超快过程对应于由处于振动激发的S₁向高振动激发的基态(S₀)发生的内转换过程,而寿命为(90 ± 10) ps过程则对应由S₁态向三重态(T₁)的系间窜越过程,电离产生的光电子能谱中长寿命的谱峰可能与系间窜越过程有关. S₁态高振动态的旋轨耦合程度比低振动态的更强,导致系间窜越过程更快.     

飞秒泵浦-探测质谱方法研究苯内转换动力学

以飞秒400及266 nm激光脉冲结合泵浦-探测飞行时间质谱方法研究了苯S2态内转换动力学. 400 nm双光子过程将苯分子激发到S2电子态,布居在S2电子态的分子由于能级耦合无辐射弛豫到S1电子态. 通过测定C6H6+讯号强度随泵浦-探测延迟时间的改变,获得苯S2及S1电子态的衰减寿命分别为(48±1)fs及(6.5±0.2)ps, S2态及S1电子态的消激发机理被认为是相应势能面间的锥形交叉引起的内转换.     

间-吡啶基紫外光化学中的氢原子解离通道

利用高里德堡态氢原子飞行时间探测技术, 在224～248 nm激发波长研究了间-吡啶基紫外光化学中的氢原子解离通道的动力学过程．氢原子光解碎片产率谱显示在234 nm附近有较宽的吸收．产物的平动能释放较小;在224～248 nm激发波长区间平均〈 fT〉是0.12～0.19．产物的平动能分布显示产物是H＋HC≡C-CH=CH-C≡N,H 3,4-吡啶和H 2,3-吡啶,以H HC≡C-CH=CH-C≡N为主要的氢原子生成通道．氢原子碎片具有各向同性的角度分布．研究结果表明,在紫外电子态激发以后,间-吡啶基经过内转换到电子基态,再经由单分子解离到H HC≡C-CH=CH-C≡N,H 3,4-吡啶和H 2,3-吡啶产物．间-吡啶基的紫外光解机理和以前报道过的邻-吡啶基的紫外光解机理相似．     

间甲基苯甲醚分子旋转异构体的质量分辨阈值电离光谱

间甲基苯甲醚分子有顺式和反式两个转动异构体.利用单光共振双光子电离技术和质量分辨阈值电离技术,研究了间甲基苯甲醚分子顺反异构体的基态到第一电子激发态(S1←S0)的跃迁和阈值电离.得到顺式、反式间甲基苯甲醚分子S1态的激发能(E1)分别为(36049±2)和(36117±2)cm-1,绝热电离能(Ip)分别为(64859±5)和(65110±5)cm-1.结合从头算法和密度泛函理论的量子化学计算,解释了顺式、反式间甲基苯甲醚分子E1和Ip存在差异的原因,并且对S1态和离子基态D0态出现的谱峰进行了标识.间甲基苯甲醚分子顺反异构体在S1态和D0态的活性振动主要是甲基转动、面内环的运动和与取代基相关的弯曲振动.间甲基苯甲醚分子的S1态振动光谱、D0态离子光谱以及理论计算均表明这两个转动异构体在D0态的几何构型与S1态的中性几何构型相比有较大改变,取代基与取代基、取代基与苯环间的相互作用强度高低次序为:S0S1D0.     

OClO里德堡态激发能的准确预测及其阴离子低能激发态的从头算研究

采用全活化空间自洽场方法(CASSCF)研究了OClO阴离子7个低能电子态及其自由基的基态. 为了进一步考虑动态电子相关效应, 采用二级多组态微扰理论(CASPT2)获得更加可靠的能量值. 此外, 在ANO-L基组的基础上, 在OClO自由基的电荷中心增加了为研究里德堡态所建立的1s1p1d的波函数, 并应用多组态二级微扰理论(MS-CASPT2)方法获得了里德堡态的准确电子激发能.     

OClO里德堡态激发能的准确预测及其阴离子低能激发态的从头算研究

采用全活化空间自洽场方法(CASSCF)研究了OClO阴离子7个低能电子态及其自由基的基态.为了进一步考虑动态电子相关效应,采用二级多组态微扰理论(CASPT2)获得更加可靠的能量值.此外,在ANO-L基组的基础上,在OClO自由基的电荷中心增加了为研究里德堡态所建立的1s1p1d的波函数,并应用多组态二级微扰理论(MS-CASPT2)方法获得了里德堡态的准确电子激发能.     

锂分子里德堡态和双激发态的重新分类

根据里德堡轨道的类氢nλ特性,对 7Li2实验已观测到的和理论计算给出的68个电子态进行了分类,把这些态划分为核实贯穿里德堡态和核实非贯穿里德堡态.讨论了双电子激发态和里德堡态的微扰,也讨论了这种分类的意义.     

叠氮化氰的光解离机理

采用多参考态方法,在MRCI+Q//CAS(10,9)/6-311+G(2df)水平上对叠氮化氰(N3CN)的光解离机理进行理论研究.优化得到基态(S0)和低激发态(S1、S2、T1)势能面上的极小点、过渡态、内转换交叉点(IC-S1/S0)和隙间窜跃交叉点(ISC-S1/T1)的结构和能量,构建反应势能面.在MRCI+Q//CAS(10,9)水平上计算N3CN的垂直激发能,并和实验值进行对比.结果表明,在S0、S1、S2和T1态势能面上,N—N键断裂生成N2+NCN是主要解离途径,而C—N键断裂通道是次要通道.实验观测到220 nm处的吸收峰对应分子由S0态到S1态的激发,对应主要光解离产物为NCN[a1△g];而在275 nm处的吸收峰则对应分子被激发到T1态,然后直接生成基态产物NCN[X3Σg-].我们的理论结果与实验测量符合得很好.     

激光闪光光解技术简介

分子受光激发后,由基态S_o跃迁到激发态S_n,在其衰减过程中可发生一系列的变化和反应,激光闪光光解就是用来观测这些变化过程中瞬态光谱变化的仪器。它主要由激发光源、检测光源、信号检测和数据处理系统组成,通过时间分辨吸收和发射瞬态光谱及相应的动力学衰减曲线,对反应过程中激发单重态、三重态分     

胶束辅助的酞菁给体-碳纳米管受体超分子自组装及光诱导长寿命电荷分离态

利用十二烷基硫酸钠(SDS)阴离子胶束能够稳定分散单壁碳纳米管(SWCNT)和解聚富集四磺酸锌酞菁(ZnPcS₄)的能力, 组装了ZnPcS₄-SWCNT的电子给体-受体对来模拟光合作用的原初电子转移过程. 用稳态和时间分辨荧光法研究了相应的给体-受体分子间和分子内的光诱导电子转移速率, 用激光闪光光解技术检测了生成的电荷分离态. ZnPcS₄-SWCNT的电子给体-受体组装体在707 nm处出现了基态特征吸收峰, 但是复合体不产生荧光, 这主要归因于有效的分子内光诱导电子转移过程. 瞬态吸收光谱检测到相应的离子对, 动力学衰减结果表明, 电荷分离态的寿命长达42 μs. 这一长寿命电荷分离态的形成, 主要是因为ZnPcS₄是良电子给体(低氧化电位), SWCNT是好的电子受体, 使得三重态电子转移能够发生, 生成三重态电荷分离态.     

高效膦基锇配合物磷光材料的结构和光谱性质

采用B3LYP和UB3LYP方法分别优化了一系列(N^N)2Os(P^P)[P^P=1,2-双(膦基)-甲基,N^N=5-(苯并咪唑-2-基)-3-三氟甲基吡啶(1);ibfpH=5-(1-异丙基-苯并咪唑-2-基)-3-三氟甲基吡啶(2);fppzH=5-(吡啶-2-基)-3-三氟甲基吡啶(3);tfpH=5-(噻唑-2-基)-3-三氟甲基吡啶(4);btfpH=5-(苯基噻唑-2-基)-3-三氟甲基吡啶(5)]配合物的基态和激发态结构.计算得到的Os-P(1),Os-N(1)和Os-N(2)基态键长和相应实验值符合较好.相对于基态,激发态几何结构变化较小,与实验上观察到的斯托克斯频移相一致.配合物1-5的最高占据分子轨道主要由Os的d轨道和N^N配体的π轨道构成,而它们的最低空轨道主要由N^N配体的π反键轨道占据,前线分子轨道能量受N^N配体影响较大.在TD-DFT计算水平下结合PCM溶剂模型,得到配合物1-5的最低能吸收和发射分别在415,416,465,458,481nm和541,538,569,629,655nm.这些跃迁均来自于HOMO→LUMO的激发,具有MLCT/ILCT混合跃迁性质,并且它们的高能吸收也具有相似的跃迁特征.发射波长的巨大差异显示出通过调节N^N配体的π电子捐赠能力可以实现对此类配合物发光颜色的调节.     

氧硫化碳在230 nm光激发下的S(~3P)解离通道

在230nm激光激发下,氧硫化碳(OCS)分子迅速解离生成振动基态但高转动激发的CO(X~1∑_g~+,v=0,J=42-69)碎片,并通过共振增强多光子电离技术实现其离子化。通过检测处于J=56-69转动激发态CO碎片的离子速度聚焦影像,我们获得了各转动态CO碎片的速度分布和空间角度分布,其中包含了S(1D)+CO的单重态和S(~3P_J)+CO三重态解离通道的贡献。不同的转动态CO碎片对应三重态产物通道的量子产率略有不同,经加权平均我们得到230 nm附近光解OCS分子中S(3P)解离通道的量子产率为4.16%。结合高精度量化计算的OCS分子势能面和吸收截面的信息,我们获得了OCS光解的三重态解离机理,即基态OCS(X~1A')分子吸收一个光子激发到弯曲的A~1A'态之后,通过内转换跃迁回弯曲构型的基电子态,随后在C-S键断裂过程中与2~3A"(c~3A")态强烈耦合并沿后者势能面绝热解离。     

CS21B2(1Σ+u)态预离解产物CS的振转布居研究

用一束波长为210.27 nm的激光将CS2分子激发至预离解态1 B2(1 Σ+u),用另一束激光通过激光诱导荧光(LIF)方法检测碎片CS,在250.5～286.5 nm获得了CS碎片A1 Π←X1 Σ+振转分辨的激发谱.通过对光谱强度的分析,获得了CS碎片v″=0～8的振动布居和v″=1,4～8振动态的转动布居.结果发现,碎片CS的振动布居呈双模结构,分别对应于CS2分子1 B2(1 Σ+u)态的两个解离通道,即CS(X1 Σ+,v″=0～9)+S(3PJ)和CS(X1 Σ+, v″=0～1)+S(1 B2).由此得到两个解离通道的分支比S(3PJ): S(1 B2)为5.6±1.2.与前人193 nm处的研究结果相比, 210.27 nm激发更有利于S(3PJ)通道的生成.此外,实验还发现CS的转动布居不满足热平衡分布,为两个Boltzmann分布的合成.