Molecular Spectra and Dissociation Dynamics of Oxalyl Chloride: Effect of External Electrical Fields

Oxalyl chloride is a highly toxic and caustic substance, which widely exists in human production and life as a kind of volatile organic compound. Based on the density functional theory B3 LYP at 6-311++G(d, p) level, the influences of external electric field on the bond length, bond energy, dipole moment and dissociation mechanism are optimized. The results indicate that the C_1–Cl_3 bond length increases while the C_4–Cl_6 bond decreases. At the same time, the carbon-carbon bond length gradually increases with the increase of electric field. The total energy decreases while the dipole moment gradually increases with the increase of electric field. In the infrared spectra, the vibration frequency of the carbon-chlorine(C_4–Cl_6) bond decreases while the vibration frequency of the carbon-oxygen bond increases. In the ultraviolet-visible spectra, the wavelength of the strongest absorption peak increases as the external electric field increases and shows an observable red shift phenomenon. Additionally, single point energies of oxalyl chloride along the carbon-carbon bond are scanned with the equation-of-motion coupled cluster method restricted to single and double excitations(EOM-CCSD) method and the potential energy curves under different external electric fields are obtained. The dissociation barrier in potential energy curve decreases because of the breakage of carbon-carbon bond with the increase of external electric field. These results provide reference for further researches on the properties of oxalyl chloride and offer a theoretical basis for the study of oxalyl chloride degradation.     

间二甲苯分子在不同外电场下结构和解离特性研究

间二甲苯是挥发性有机物(VOCs, Volatile Organic Compounds)的关键活性成分,研究其在外电场下的性质十分重要.采用密度泛函理论(DFT),在B3LYP/6-311G++基组水平上对间二甲苯分子进行优化,从分子结构研究了不同外电场(-0.025 a.u.～0.025 a.u.)作用下,间二甲苯分子的总能量,键长,电偶极矩,前线轨道,红外光谱和解离势能面.计算结果表明,沿两甲基中C原子连线方向的电场(-0.025 a.u.～0.025 a.u.)增加时,分子总能量和能隙先增大后减小,电偶极矩先减小后增加.通过计算发现外电场对间二甲苯分子不同键长和不同振动模式的红外光谱的影响均有所不同.间二甲苯分子的解离特性表现为:沿两甲基中C原子连线方向施加强度超过0.047 a. u.的电场时,位于电场增加方向的甲基与苯环之间起连接作用的C-C键断裂.以上计算结果可为利用电场降解间二甲苯提供重要理论参考.     

外电场作用下BrCl分子的物理特性与光谱

采用HF （Hartree-Fock）方法,在6-31+G（d,p）基组水平上优化不同外电场（0~0.035 a.u.）下氯化溴分子的基态稳定构型,在此基础上计算氯化溴分子的分子结构、偶极矩、分子总能量、分子键长、分子电荷分布、分子能隙、红外光谱及解离势能面等.结果表明：随着Z轴（平行于Br-Cl连线）方向外电场的增加（0~0.035 a.u.）,分子总能量先小幅度增加后又降低,键长先减小后增大,分子偶极矩先减小后单调增加,原子电荷分布递增,分子能隙逐渐减小,分子红外光谱先蓝移后红移.通过对解离势能面的计算分析发现,强度为0.045 a.u.的外电场使得Br-Cl键断裂而降解,该结果对氯化溴进行电场降解提供参考依据.     

激光诱导击穿光谱对四种香的快速检测

激光诱导击穿光谱技术(laser-induced breakdown spectroscopy)作为一种极具前景的分析和测量技术应用日益广泛。对四种香(艾草香、藏香、檀香、沉香)样品进行了激光等离子体光谱测量和分析, 得到了样品中元素的成分;并且对四种香样品中的Cu,Mn,Ca和Fe四种金属元素典型谱线的强度进行了统计分析和元素含量的对比。基于等离子体的局域热动力学的平衡模型, 计算了Ca元素的等离子体温度。实验结果为采用激光诱导击穿光谱对香品成分进行快速检测和分析的可行性提供了依据。     

利用速度成像技术研究碘乙烷多光子电离解离动力学

卤代烷烃会破坏臭氧层,而碘乙烷（C₂H₅I）是卤代烷烃中重要代表物质之一.采用离子速度成像技术、飞秒激光技术和飞行时间质谱技术,探究了C₂H₅I的多光子电离解离动力学.通过分析C₂H₅I在强场作用下多光子电离解离得到的解离通道、碎片的动能、角度分布和各向异性参数等信息来研究碘乙烷离子（C₂H₅I⁺）C–I键裂解机理.根据飞行时间质谱实验,C₂H₅I在飞秒激光脉冲作用下发生多光子电离解离得到的碎片有C₂H₅⁺,I⁺,CH₂I⁺,C₂H₂⁺,C₂H₃⁺,C₂H₄⁺等.与C–I键相关的碎片为C₂H₅⁺和I⁺,解离机制分别对应于C₂H₅I⁺→C₂H₅⁺+I和C₂H₅I⁺→C₂H₅+I⁺.同时,采用离子速度成像技术研究C₂H₅I⁺的C–I键裂解产生的C₂H₅⁺和I⁺的速度影像,得出两者的速度分布和动能分布,分析结果表明C–I键裂解产生C₂H₅⁺和I⁺的过程都存在高能通道和低能通道.进一步分析解离碎片离子的角度分布发现C₂H₅⁺解离时各向异性参数接近于0,可能对应于慢速的振动预解离过程.I⁺在解离时各向异性参数较高,可能源于排斥势能面上的快速解离过程.最后采用密度泛函理论计算了C₂H₅I分子电离前后构型变化、离子态的能级强度及谐振强度,对C₂H₅I⁺的解离机制做了更进一步的分析和讨论.     

激光诱导击穿光谱技术快速探测煤灰中的重金属锌（英文）

煤灰的成分指的是煤中矿物质的完全燃烧,产生各种金属和非金属氧化物和盐,这是使用煤时的重要参数。煤被广泛用于生产和人民生活,作为重要的能源物质。大量来自燃煤燃烧的煤尘(煤灰)被释放到大气中并与大气中的各种物质相互作用而形成雾霾。煤灰中的金属氧化物和空气中的小液滴之间发生一系列物理化学反应,这导致了雾霾的形成。在实验中,采用激光诱导击穿光谱(LIBS)分析煤灰中的元素。实验样品由某钢铁公司提供,分为七个样品,并标上序号。样品分别加入蒸馏水和0.1‰, 0.2‰, 0.2%, 0.4%, 0.8%, 1%硫酸锌溶液,分别用1～7号标记。为了获得更好的LIBS信号,样品被研磨为粉末状,并使用蒸馏水使硫酸锌与煤灰充分混合。通过使用压片机将煤灰压制成10 mm直径和10 mm厚的煤灰块。为获得准确的元素结果, X射线荧光光谱也被用作参考,并且原始样品不含锌元素。由于光谱分析和波长漂移现象的不确定性,因此实验中,分别选择了铁,钙,钛和铝四种高纯单质。在相同的实验条件下,将四条测量的元素谱线与NIST原子光谱数据库中相应的谱图比较。实验中的所有光谱根据波长差或偏移进行校正。此时,纯单质的元素谱线可以与样品的光谱对齐。当元素谱中的特征线与样品中的谱线对齐时,样品就可以被识别和确认。由于铝元素与目标元素具有相似的化学和物理性质,铝元素是煤灰和地壳中的主要元素之一,具有中等的光谱强度。因此将铝元素作为内标元素,运用内标校准方法来确定样品中锌的浓度。模拟含锌大气气溶胶是通过向煤灰中添加含锌元素来实现的。还有一些其他的金属元素,包括铁,钙,锰,钛和铝也被用来加入煤灰中,用以模拟大气气溶胶。两种方法的相对差异分别为1.78%, 3.39%, 5.17%, 0.20%。造成差异的原因可能是由于光谱仪缺乏分辨率或背景噪声的影响,这是可能导致测量误差的原因之一。由于实验室条件的限制,无法确定基底是否会影响实验结果,这将在未来的实验中得到进一步的证实。实验拟合曲线测得煤灰中锌的线性相关系数为0.995 72,这表明可以通过粗略估算锌的激光强度来估计煤灰中的锌含量的实现。实验结果证明LIBS技术可用于煤灰中金属元素的快速检测,为基于锌含量的大气环境检测提供了一种新方法。在建立元素的校准曲线后, LIBS技术将来可以用来进行更快速,更准确的定量分析。     

Study on the Physical and Dissociation Properties of Disulfur Dichloride under Electric Fields

Disulfur dichloride is a hazardous substance, which is irritating to the eyes. It is significant to study the physical and dissociation properties under external electric fields. The bond length, energy, dipole moment, orbital energy level distribution, infrared spectra and dissociation properties of disulfur dichloride molecule under different external fields are obtained by using the density functional theory at the B3LYP/6-311++G(d, p) basis set level. In addition, ultraviolet-visible absorption spectra of the molecule in different electric fields are studied with configuration interaction-single excitation(CIS)/6-311++G(d, p) method. According to the results, it has been found that as the electric field exerted along the positive direction of the z-axis increases, the two sulfur-chlorine(S-Cl) bond lengths become longer and tend to break, while the sulfur-sulfur(S-S) bond length becomes shorter and the energy gap decreases. The infrared spectrum and ultraviolet-visible absorption spectra both exhibit red shift under electric field. Moreover, by scanning the potential energy surface of disulfur dichloride about S-Cl bond, the dissociation barrier decreases with the increase of positive electric field. When the external electric field arrives at 0.040 atomic units, the barrier disappears, meaning the dissociation of disulfur dichloride. The present results offer an important reference to further study of disulfur dichloride.     

ZnO在辐射场中的光激发特性研究

采用密度泛函理论的BPV86方法, 在6-311G++(d, p)基组水平上优化了不同外电场(0～0.080 a.u.)下氧化锌分子的基态稳定构型, 在此基础上利用同样的方法计算了氧化锌分子的分子结构、偶极矩、总能量、能隙以及红外光谱和紫外-可见吸收光谱强度。结果表明, 在外电场的作用下, 分子结构变化明显, 与电场呈现强烈的依赖关系。随着正向外加电场的增加, ZnO分子键长一直在增大, 电偶极距也是一直增大, 分子总能量不断减小, 分子能隙不断减小, 红外光谱吸收峰出现红移现象。随着外电场的加强, 分子紫外可见吸收光谱振子强度先增大后减小再增大再减小反复变化, 其波峰则出现蓝移现象。     

SiC在辐射场中的物理特性和光谱研究

本文采用密度泛函理论的B3LYP方法,在6-311G++(d,p)基组水平上优化了不同外电场(0-0.04a.u.)下碳化硅分子的基态稳定构型,在此基础上利用同样的方法计算了碳化硅分子的分子结构、偶极矩、总能量、能隙以及红外光谱、拉曼光谱、紫外-可见吸收光谱强度.结果表明,在外电场的作用下,分子结构变化明显,与电场呈现强烈的依赖关系.碳化硅分子键长一直在增大,电偶极矩先减小后增大,分子总能量先增大后减小,能隙E_G先减小后增大再减小再增大,红外光谱吸收峰出现红移现象,拉曼光谱出现蓝移现象.随着外电场的加强,分子紫外可见吸收光谱振子强度出现先增大后减小的反复变化,其波峰也出现蓝移现象.     

氟利昂F13在外电场中的分子特性研究

利用密度泛函理论(Density functional theory,DFT)在B3LYP/6-311++G(d,p)水平上研究了外电场(-15.43~15.43V/nm)对氟利昂F13(三氟氯甲烷,CF3Cl)分子物理和光谱特性的影响.计算结果表明,在C—Cl键连线z方向上,外电场从-15.43 V/nm逐渐增加到15.43V/nm时,分子体系能量先增大后降低,偶极矩表现为先减小后增大,能隙EG先增加后减小,C—Cl键键长逐渐增大,C—F键键长逐渐减小.外电场对CF3Cl分子红外振动光谱的频率和强度也有影响.进一步研究发现在外电场作用(0到15.43V/nm)逐渐增强下,CF3Cl分子的势能曲线束缚形态逐渐被解开,解离的势垒逐渐减小.在强度为15.43V/nm的电场作用下,CF3Cl分子将会发生C—Cl键断裂而降解,该结果为对氟利昂进行外电场降解提供重要的参考依据.