Cl(2P)+D2→DCl+D反应中波恩-奥本海默近似有效性的交叉分子束研究

本文利用高分辨的里德堡态氘原子标识-交叉分子束装置,研究了碰撞能为4.5∽6.5 kcal/mol范围内Cl(²P)[Cl(²P_3/2)和Cl^*(²P_1/2)]与D₂的反应. 虽然自旋轨道激发态反应Cl^*(²P_1/2)+D₂在波恩-奥本海默(B-O)近似下本应是禁阻的,但实验中观测到了该反应的贡献. 通过测量靠近后向的碰撞能相关的微分散射截面连线,发现低碰撞能下的产物主要来自于B-O近似禁阻的反应Cl^*+D₂. 随着碰撞能的提高,自旋轨道基态反应Cl+D₂的反应性增加明显要比自旋轨道激发态反应Cl^*+D₂更快,并且在高碰撞能下成为产物的主要来源. 实验结果表明：在低碰撞能下,Cl^*中自旋轨道激发态的额外能量,可以帮助B-O近似禁阻的反应Cl^*+D₂越过势垒;然而当碰撞能接近和高于反应势垒时,B-O近似允许的反应Cl+D₂占主导地位. Cl/Cl^*+D₂反应中B-O近似有效性的特征与其同位素反应Cl/Cl^*+H₂是一致的.     

H+HD→H_2+D反应的高分辨交叉分子束实验研究（英文）

本文利用交叉分子束方法和离子速度成像技术,对H+HD→H_2+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H_2(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.     

O(~3P)+NO反应的交叉束化学发光

用交叉分子束技术观察了O(~3P)+NO→NO_2+hv基元反应的化学发光.基态氧原子是由O_2分子经微波放电产生的.获得了在4000～9000(?)波段内的连续光谱,发光总强度与NO分子的流量成线性关系.假使反应服从绝热相关原理,则化学发光主要来自NO_2的~2B_1→~2A_1跃迁.这一结果与Grangi等的理论估计是一致的.     

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.     

O(~3P)+1,2-丁二烯反应的交叉分子束和理论研究:丙烯+CO和亚乙基+乙烯酮反应的主要分子通道（英文）

详细了解O(~3P)与不饱和烃的多通道燃烧反应机理需要鉴定所有主要反应产物、确定分支比、评估三重态与单重态势能面之间的系间窜跃.将交叉分子束实验、软电离、质谱、飞行时间分析,以及高级从头算计算三重态/单线态势能面,RRKM/Master方程计算支化比包括系间窜跃,均可以获得最佳效果.最近已经证明这些方法对于含有两个或三个碳原子的最简单的不饱和烃(炔烃,烯烃,二烯)和O(~3P)反应是成功的.本文通过交叉分子束与理论相结合的方法研究O(~3P)和含有四个C原子的二烯类化合物,1,2-丁二烯(甲基芳烃)的反应,探索产物分布、分支比和系间窜跃如何随着分子复杂性的增加而变化,即从O(~3P)和丙二烯反应到O(~3P)1,2-丁二烯的反应变化.尤其关注了最重要的导致链终止的主导分子通道(即形成丙烯+CO(分支≥0.5)和亚乙基+乙烯酮(分支比≥0.15))与导致链传递的自由基形成通道进行对比(分支比≥0.35).     

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.     

Stereodynamics study of reactions N(~2D)+HD→NH+D and ND+H

The product polarizations of the title reactions are investigated by employing the quasi-classical trajectory (QCT) method. The four generalized polarization-dependent differential cross-sections (PDDCSs) $({2\pi } / \sigma )(\d\sigma _{00} / \d\omega _t )$, $({2\pi } / \sigma )(\d\sigma _{20} / \d\omega _t )$, $({2\pi } / \sigma )(\d\sigma _{22 + } / \d\omega _t )$, and $({2\pi } / \sigma )(\d\sigma _{21 - } / \d\omega _t )$ are calculated in the centre-of-mass frame. The distribution of the angle between ${{\bm k}}$ and ${{\bm j^\prime }}$, $P(\theta _r )$, the distribution of the dihedral angle denoting ${{\bm k}}${--}$\bm k^\prime $--$\bm j^\prime $ correlation, $P(\phi _r )$, as well as the angular distribution of product rotational vectors in the form of polar plots $P(\theta _r ,\phi _r )$ are calculated. The isotope effect is also revealed and primarily attributed to the difference in mass factor between the two title reactions.     

Rb与H_2的反应碰撞:Rb(6~2D)+H_2→RbH+H

在样品池条件下,应用脉冲激光的泵浦-检测技术,研究了Rb(6~2D)激发态原子与H_2反应碰撞生成的RbH分子的振转能级的布居数密度分布及平均转动能、振动能、平动能的相对比值.发现RbH(X~1∑~+)只有v=0,1上有布居.转动带分布轮廓与池温下的统计分布接近,得到RbH的Boltzmann转动温度稍低于池温,而振动温度高.v=1和v=0上的布居数之比约为0.69,从而得到RbH(X~1∑~+)上平均转动能和平均振动能,由反应的有效能得到平均平动能,这三种能量的相对比值f_R:f_V:     

O(3P)+H2→OH+H反应的立体动力学研究

利用BMS1势能面[Brandao等,J.Chem.Phys.121,8861(2004)],选取碰撞能为34.6 kcal/mol,用准经典轨线方法研究了O(3P)+H2反应的立体动力学性质.计算并讨论了k与j'的夹角的分布关系P(θr)以及描述k-k'-j'三者关系的二面角分布P((ρ)r).(k)为反应物速度方向,k'为产物的速度方向,j'为产物的角动量方向)P(θr)的峰值在90°附近并且关于90°呈对称性分布,这表明产物角动量的方向与初速度的方向垂直.二面角分布P((ρ)r)关于散射平面呈反对称性分布,这一结果表明产物的角动量具有强烈的极化效应.另外,我们还研究了振动激发对产物角动量的影响,结果表明产物的矢量性质对反应物的初始振动态非常敏感.     

理解O(~3P)+CHD_3→OH+CD_3反应的转动模式特异性:反应物排列图像（英文）

本文采用含时波包方法和七维约化量子模型研究了典型碳氢氧化反应O(~3P)+CHD_3→OH+CD_3中反应分子CHD_3的转动模式特异性.发现理论计算反应几率依赖于CHD_3转动量子数J在分子对称轴上的投影K和在O-CHD_3分子间轴上的投影Ktot,即P_(K_(tot))=K=0P_(K_(tot))=K=JP_(K_(tot))=J,K=0=P_(K_(tot))=0,K=J.这种关系可以用反应物分子相对取向进行解释.另外,反应物CHD_3的转动激发(J≤4)表现出比较弱的促进作用,但是K=0转动态激发的促进作用比K=J的强,主要得益于K=K_(tot)=0分量的贡献.该分量对应于CHD_3的滚动转动,这种运动形式可以增大初始有效反应碰撞角度的范围.     

O(1D)+N2O→NO+NO反应的理论研究

应用三体模型及扩展的LEPS势能面(PES),对初始条件为(Ecol=55 kJ/mol,v=0,j=0)的O(1D)+N2O→NO+NO反应体系进行了准经典轨线(QCT)计算.根据计算结果对体系的势能面及反应机理进行详细的分析和讨论,较全面地研究了此反应体系的动力学特征.     

基于最新势能面的C(~1D)+H_2反应的环聚合分子动力学研究（英文）

本文利用环聚合分子动力学方法对C(~1D)+H_2反应开展了详细的理论研究.计算中使用了最近构建的Zhang-Ma-Bian(ZMB)从头算势能面,该势能面对锥形交叉附近区域以及范德华区域均有精确的描述.环聚合分子动力学计算得到的热反应速率常数与最新实验值吻合很好.与前人计算结果比较,发现在?~1A'电子基态的ZMB-a势能面上获得的反应速率常数远大于前人构建的RKHS势能面上的结果,这是由于ZMB势能面上的范德华鞍具有与之前势能面上的范德华阱完全不同的动态学作用,表明环聚合分子动力学方法能够处理范德华作用引起的势能面拓扑结构所导致的动态学效应.本文还揭示了b~1A"电子激发态ZMB-b势能面以及量子效应对反应的重要性.     

OCS分子在207 nm的光解动力学研究:S(~1D_2)+CO(X~1∑~+)产物通道（英文）

利用直流时间切片离子成像技术对OCS分子在紫外波段207nm的光解产物S(~1D_2)进行了偏振实验研究.通过在两种不同的共振增强多光子电离中间态,~1F_3和~1P_1,以及四种不同的泵浦-探测激光偏振几何构型下探测了光碎片S(~1D_2)的角动量极化特性.使用分子坐标系极化模型和实验室坐标系各向异性模型提取和分析出对应产物CO(X~1∑~+)的角分布.观测到的总平动能释放谱表明解离过程存在三种解离通道,分别对应于低、中、高平动能解离通道.低、中平动能通道的来源与光解波长在较长波长下得到的双峰分布来源一致.高平动能通道是一种新的解离通道,它来自于单重排斥态A(2~1A')的直接解离.     

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.     

用于离子-分子交叉分子束散射研究的三维离子速度成像装置（英文）

本文设计、模拟并搭建了一套由22片圆形金属极板组成的离子透镜系统.离子透镜的引出极板的开孔处贴有金属栅网,用于屏蔽除推斥极和引出极外的所有其他极板的直流高压对离子-分子交叉区域的影响.Simion模拟表明,在合适的电压配置下,离子透镜可以同时实现速度聚焦和时间聚焦.这使离子透镜系统能够在三个维度上实现较大的离子体积的速度聚焦,这也是用交叉分子束方法研究离子-分子散射动力学的基本要求.本文建立了具有单帧多粒子测量和多质量测量能力的三维离子速度测量系统,该系统由微通道板(MCP),P47荧光屏,CMOS相机、光电倍增管(PMT)、高速数字化仪组成.通过CMOS相机测量离子在荧光屏上的位置,得出垂直于飞行轴的两个速度分量;通过PMT测量离子的飞行时间,得出沿着飞行轴的速度分量.自主编写了 Labview程序,可以实时采集和分析CMOS相机与PMT得到的数据,构建离子的三维速度分布.单帧多粒子测量是根据同一帧中来自CMOS相机和PMT的多个离子的强度不同,分别对其进行排序,并一一对应起来实现的.本文用304 nm波长处碘甲烷的光解信号对该三维离子速度成像系统进行了测试和速度校订.     

基于串珠分子动力学的Cl+XCl→XCl+Cl(X=H,D,Mu)反应的速率系数和动力学同位素效应研究（英文）

本文用串珠分子动力学计算典型的重-轻-重反应Cl+XCl→XCl+Cl(X=H,D,Mu)的热速率系数和动力学同位素效应.对于Cl+HCl反应,串珠分子动力学方法计算得到的结果与实验值之间的高度一致性为串珠分子动力学理论的准确性提供了有力的证据.串珠分子动力学结果也与其他理论方法的计算结果相一致,包括正则变分过渡态理论和量子动力学方法.Cl+MuCl反应在过渡态附近存在势能双峰,留下了自由能阱,它来自于势能面峰值处反应系统的模式软化.同时,如此明显的自由能阱表明存在反应共振.对于Cl+DCl反应,与实验值相比,串珠分子动力学速率系数再次给出了非常准确的结果.唯一的例外是在312.5K的温度下,串珠分子动力学速率系数和其他理论方法计算得到的结果彼此接近,却略低于实验值,表明误差可能源于实验测量或本文使用的势能面不够精确.     

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.     

BaFCl_（x）Br_（1－x）：Sm~（2＋）中_（5）D_2→~（7）F_

本文以ＢａＦＣｌｘＢｒ－１－ｘ：Ｓｍ２＋Ｄ２→７Ｆ０的跃迁几率随ｘ变化为中心对ＢａＦＣｌｘＢｒ－１－ｘ：Ｓｍ２＋体系４ｆ５ｄ带的激发光谱、５Ｄ２→７Ｆ０跃迁的荧光衰减随温度的变化特性、５Ｄ２→７Ｆ０的跃迁几率等进行了研究．从而得出结论：在ＢａＦＣｌｘＢｒ１－ｘ：Ｓｍ２＋中，随Ｂｒ含量的增大，４ｆ５ｄ带与５Ｄ２能级更加接近，使７Ｆ０→Ｄ２的吸收截面增大，从而可能提高在５Ｄ２：能级烧孔的效率．