载能团簇离子诱发的非线性二次离子发射

载能团簇离子进入固体时, 由于集体相互作用,在入射路径上产生非常高的能量沉积密度。 实验发现, 载能团簇离子的作用结果并不等于团簇中各原子独立作用的总和, 而是具有非线性效应。 就二次离子发射而言, 这种非线性通常与团簇的能量、 团簇的大小、 离子的电荷态以及靶物质的结构有关。 通过研究二次离子发射有助于理解载能团簇离子与物质相互作用过程中的能量沉积与释放机制。 Using energetic cluster as projectile is a unique way to produce simultaneous impacts of several atoms and deposit extremely high energy density in a very small area. The cluster impingement on solids has exhibited some non linear effects not presented in collisions of individual atoms with those solids. The study of the secondary ion emissions can give insight into the energy deposition and relaxation steps of the cluster solid interaction. The dependence of the yields of secondary ion emission induced by clusters on the energy of clusters,cluster sizes,charge states and material structures of the targets was reviewed in this paper.     

纳秒激光电离分子团簇产生高离化离子的激光波长效应

利用脉冲分子束-激光电离-飞行时间质谱仪,在109～1012 W·cm-2激光功率密度条件下,考察了Nd：YAG激光器输出的1 064,532,266 nm波长的激光与苯、氨、硫化氢等团簇的相互作用。发现1 064 nm的激光可以电离分子束产生高离化态的C4+,N5+,S6+等离子;波长为532 nm的激光则电离产生价态较低的C3+,C2+,N3+,N2+, S4+,S3+以及S2+ 等离子;在266 nm波长条件下进行实验,没有产生任何高价离子。提出了一个“多光子电离引发-逆轫致吸收加热-电子碰撞电离”模型来解释高价离子的产生。激光场下电子在团簇内部的逆轫致加热是整个过程的关键步骤,电子被加热的速度正比于激光波长的平方。这可以解释为何长波长的激光有利于更高价态离子的产生。     

纳秒激光电离分子团簇产生高离化离子的激光波长效应

 利用脉冲分子束-激光电离-飞行时间质谱仪,在10⁹～10¹² W·cm^-2激光功率密度条件下,考察了Nd：YAG激光器输出的1 064,532,266 nm波长的激光与苯、氨、硫化氢等团簇的相互作用。发现1 064 nm的激光可以电离分子束产生高离化态的C⁴⁺,N⁵⁺,S⁶⁺等离子;波长为532 nm的激光则电离产生价态较低的C³⁺,C²⁺,N³⁺,N²⁺, S⁴⁺,S³⁺以及S²⁺ 等离子;在266 nm波长条件下进行实验,没有产生任何高价离子。提出了一个“多光子电离引发-逆轫致吸收加热-电子碰撞电离”模型来解释高价离子的产生。激光场下电子在团簇内部的逆轫致加热是整个过程的关键步骤,电子被加热的速度正比于激光波长的平方。这可以解释为何长波长的激光有利于更高价态离子的产生。     

应用反射式飞行时间质谱仪研究氨团簇离子解离动力学

用直射式和反射式飞行时间质谱研究了氨分子团簇体系在３５５ｎｍ激光下的多光子电离,得到一系列的质子化团簇离子（ＮＨ３）ｎＨ＾＋,同时还观察到超价氨团簇离子（ＮＨ３）ｎＨ＾＋２。在反射式飞行时间质谱研究中观测到质子化氨团簇离子在自由飞行过程中的解离现象,表明在该实验条件下生成的质子化氨团簇离子是一些亚稳态团簇离子。对子离子产率的分析,得到质子化团簇离子解离速率常数,从而可以估计亚稳态团簇离子的寿命。团     

MeV氢微团簇离子与固体介质的电荷交换

利用静电加速器提供的0.6—1.8MeV的H⁺，H⁺₂，H⁺₃离子，轰击不同厚度的碳膜，分别测量这些离子通过碳膜后各种产物的产额. 得到了不同能量的H⁺通过碳膜后中性原子H和负离子H^-的产额随入射质子速度的变化关系；分别得到能量为1.2MeV,1.8MeV的H⁺₂，H⁺₃团簇离子通过不同厚度碳膜的透射产额及其与团簇离子在碳膜中驻留时间的关系；对结果进行了理论分析与讨论. 关键词： 团簇离子 电荷交换     

团簇在超强超短脉冲激光场中的演化

 利用低温脉冲气阀产生氘团簇束,在SILEX-Ⅰ激光装置上开展实验,研究氘团簇在超强超短脉冲激光场中的演化过程,获得了数十keV的高能氘离子,这些氘离子的能谱分布与库仑爆炸模型计算结果一致。实验结果表明,在一定的激光功率密度条件下,团簇的平均尺度决定了释放出高能离子的能谱分布。激光辐照团簇后,通过阈上电离部分电子逃逸团簇,随着初始电离电子屏蔽作用加强,碰撞电离变成了团簇的主要电离机制。     

二次离子质谱分析技术及应用研究

二次离子质谱(SIMS)是离子质谱学的一个分支,也是表面分析的有利工具。该方法能检测出微小区域内的微量成分,绝对检出限10-13—10-19g、相对检出限ppm—ppb;具有能进行杂质深度剖析和各种元素在微区范围内同位素丰度比的测量。结合IMS-6f型二次离子质谱仪器,本文对SIMS仪器和技术应用进行了综述。     

用飞行时间法研究Si溅射离子簇质谱的结构效应

通过对200kV离子注入机的改造,设计出一台飞行时间(TOF)谱仪,在提高脉冲束时间分辨方面,做了很大努力。测量了单晶、多晶及非晶硅的正、负离子簇飞行谱(质量谱)。比较这三种不同结构Si样品的谱数据,发现溅射离子簇质谱分布与靶物质结构密切相关,这为理论上研究Si离子簇的溅射形成机制提供了实验依据。 关键词：     

团簇在超强超短脉冲激光场中的演化

利用低温脉冲气阀产生氘团簇束,在SILEX-Ⅰ激光装置上开展实验,研究氘团簇在超强超短脉冲激光场中的演化过程,获得了数十keV的高能氘离子,这些氘离子的能谱分布与库仑爆炸模型计算结果一致。实验结果表明,在一定的激光功率密度条件下,团簇的平均尺度决定了释放出高能离子的能谱分布。激光辐照团簇后,通过阈上电离部分电子逃逸团簇,随着初始电离电子屏蔽作用加强,碰撞电离变成了团簇的主要电离机制。     

微波液相放电乙醇制氢发射光谱研究

氢能作为一种高热值、无污染的清洁能源日渐受到国内外专家学者的追捧。微波液相放电技术在醇类中制氢具有光明的研究前景,为氢能的研究开发开辟了一条新的途径。通过对乙醇制氢发射光谱分析,有利于分析微波液相放电醇类制氢机理的探讨,为进一步改进微波液相放电制氢技术奠定基础。本文采用2.45 GHz频率微波在液相醇类中放电实现了微波液相等离子体制氢,并借助发射光谱仪对微波液相放电乙醇制氢光谱特性进行了研究。研究结果显示：微波液相放电乙醇制氢过程中,能产生大量的H,O,OH,CH,C₂等活性粒子;乙醇放电光谱中OH自由基、H自由基和O自由基的光谱强度要远大于纯水中OH自由基、H自由基和O自由基的光谱强度;高能粒子打开水分子中的O—H键,脱氢制氢的过程较乙醇分子难度要大,因此在微波乙醇放电制氢过程中,氢气的来源主要是乙醇分子的脱氢重组,水分解产氢的贡献度较低;在外界压力与温度一定的条件下,OH,H,O自由基的发射光谱强度随着功率的增加显著增强,而CH和C₂活性粒子发射光谱强度则出现减弱趋势,这表明较大的微波功率不仅使产生的高能粒子的能量增加,同时高能粒子的密度也有所增加,导致较多的CH和C₂基团被充分碰撞打开。     

NO分子和氧原子的高分辨离子谱实验研究

共振增强多光子电离及飞行时间质谱技术是一种具有高分辨率、高灵敏度的光谱研究技术。利用上述技术研究了由激光光解NO2产物-NO与原子O的离子谱,获得了振转态高度分辨的NO(X^2П,v″,J″)γ(0,0)γ(0,1)γ(1,1)带的离子谱以及自旋-轨道精细能级分辨的氧原子O(2P^3PJ^″=2,1,0)离子谱。氧原子O(2P^3PJ^″=2→3P^3PJ^″、2P^3PJ^″=1→3P^3PJ′、2P^3PJ″=0→3P^3PJ′)的离子信号位于紫外电离探测激光的波长分别为225．65nm,226．04nm,226．23nm。实验表明,共振增强多光子电离加飞行时间技术研究原子、分子光谱其灵敏度与分辨率远高于常用的激光感生荧光方法。所得到的NO分子与氧原子的离子谱及它们的离子信号对NO2分子光解及NO分子与氧原子的电离动力学研究提供了有益的实验信息。     

脉冲放电等离子体/活性炭联合体系中OH自由基的发射光谱研究

基于OH自由基的强氧化性(2.8 V)及脉冲放电等离子体(pulsed discharge plasma, PDP)与活性炭(activated carbon, AC)联合体系的协同作用,依托于光谱检测技术简单、准确性高、灵敏度高等优点,利用发射光谱技术测量了以O2作为载气的PDP/AC联合体系中产生的OH自由基的相对发射光谱,用以表征体系中OH自由基相对生成量的变化。通过考察PDP水处理体系中不同AC添加量、脉冲峰值电压、电极间距对OH自由基相对发射光谱强度的影响,分析了影响OH自由基生成量的因素;通过比较,分析去离子水和酸性橙II(acid orange, AO7)溶液中OH自由基发射光谱强度的变化规律,表征了OH自由基生成量的变化,以说明PDP/AC的协同作用机理及OH自由基对有机物的氧化作用。研究结果表明,增加AC的添加量可以增强其在PDP体系中的催化效果,导致PDP/AC联合体系中OH自由基的相对发射光谱强度的增加;随着脉冲峰值电压的升高,注入PDP体系中的能量增加,从而增加了体系中OH自由基的产量;电极间距增加导致PDP体系能量效率降低,降低了OH自由基的产生量;无论是以去离子水还是以AO7溶液为溶液相,PDP/AC联合体系中OH自由基的产量均高于其在单独PDP体系中的生成量,且在PDP/AC联合体系和单独的PDP作用体系中,去离子水中OH自由基的相对发射光谱强度均高于其在AO7溶液中的强度值,这证明了AC对PDP体系中OH自由基生成的协同作用和有机物对OH自由基的消耗。     

Experimental and Theoretical Study of Hydrogen Atom Abstraction from C2H6 and C4H10 by Zirconium Oxide Clusters Anions

使用配有团簇产生和化学反应源的飞行时间质谱装置,研究了锆氧阴离子团簇Zr_xOy^-与乙烷和丁烷的反应. 在反应中发现了Zr₂O₅H^-和Zr₃O₇H^-产物. 用密度泛函理论研究了乙烷在Zr₂O₅^-上的反应通道,发现乙烷脱氢反应可以发生,从而证明观察到的产物是源于脱氢反应. 该工作揭示了锆氧负离子团簇与烷烃反应中的新通道.     

激光光解NO2产物—NO分子NO（X2П）与氧原子O(3PJ″)的REMPI离子谱研究

利用激光光解NO₂分子,通过共振增强多光子电离(REMPI resonance enhanced multiphoto ionization)及飞行时间（TOF time of flight）质谱技术,获得了振转态分辨的NO（Ｘ^２Π,υ″,Ｊ″）与自旋-轨道分辨的氧原子O（２Ｐ^３Ｐ_{Ｊ″＝２,１,０})离子谱.NO分子与O原子的离子信号强度与ＵＶ电离激光能量之间的关系分别能用二次方和三次方曲线很好拟合,它表明:光解产物NO分子和氧原子是分别通过（1+1）和（2+1）多光子吸收过程而被电离的.由氧离子信号得到的氧原子基态三个自旋-轨道支能级布居比f_１与f_０分别为0.54±0.09和 0.20±0.04,这一比值与统计分布计算的值为0.6和0.2一致.     

直流电弧全谱直读原子发射光谱法(DC-Arc-AES)测定地球化学样品中痕量硼、钼、银、锡、铅的方法研究

建立了直流电弧全谱直读原子发射光谱法(DC-Arc-AES)测定地球化学样品中痕量硼、钼、银、锡、铅的分析方法。所使用直流电弧全谱直读原子发射光谱仪采用大面积固态检测器,具有全谱直读功能,并能实时背景校正。通过研究提出了新的电极和新的缓冲剂配方,方法采用内标法,以Ge元素作内标元素,同时选择了合适的分析线对。电流程序研究中设置多级电流,每级电流设置不同保持时间,升电流时选择连续升电流方式,可以有效消除试样的飞溅。以氩气为保护气消除CN带的产生并减少光谱背景,选择氩气流量为3.5 L·min-1。作各元素的蒸发曲线,得出各元素的蒸发行为基本一致,同时结合摄谱时间对各元素强度和背景的影响,得出最佳的设谱时间为35 s。方法选择国家一级地球化学标准物质作为标准系列,标准系列中包括了不同性质、不同含量的标准物质,满足地球化学样品中痕量硼、钼、银、锡、铅的测定。在优化的实验条件下,方法检出限为：B: 1.1 μg·g-1,Mo: 0.09 μg·g-1,Ag: 0.01 μg·g-1,Sn: 0.41 μg·g-1,Pb: 0.56 μg·g-1,精密度为(RSD, n=12)：B: 4.57%～7.63%,Mo: 5.14%～7.75%,Ag: 5.48%～12.30%,Sn: 3.97%～10.46%,Pb: 4.26%～9.21%,准确度通过国家一级地球化学标准物质验证,结果与标准值相符。本方法简便、快速,是测定地球化学样品中痕量硼、钼、银、锡、铅的一种先进的分析方法,具有一定的实用性。     

Zn0.83Mn0.17Se和ZnSe/Zn0.84Mn0.16Se超晶格材料中Mn2+的压力光谱研究

 采用压力光谱技术在低温下观测到了Mn²⁺离子的⁴T₁→⁶A₁跃迁,该谱线在Zn_0.83Mn_0.17Se和ZnSe/Zn_0.84Mn_0.16Se超晶格样品中有不同的压力行为,体材料中其压力系数为-42.4 peV/Pa,超晶格中为-29.5 peV/Pa。用晶体场理论计算得到体材料Zn_0.83Mn_0.17Se中Mn²⁺离子⁴T₁→⁶A₁谱线的压力系数为-38.3 peV/Pa,与实验结果基本一致。结合材料中发光峰积分强度随压力的变化关系进行分析,证实Mn²⁺离子的发光性质主要与其近邻的晶体场环境有关。     

Surface chemistry and catalysis of oxide model catalysts from single crystals to nanocrystals

Fundamental understandings of surface chemistry and catalysis of solid catalysts are of great importance for the developments of efficient catalysts and corresponding catalytic processes, but have been remaining as a challenge due to the complex nature of heterogeneous catalysis. Model catalysts approach based on catalytic materials with uniform and well-defined surface structures is an effective strategy. Single crystals-based model catalysts have been successfully used for surface chemistry studies of solid catalysts, but encounter the so-called “materials gap” and “pressure gap” when applied for catalysis studies of solid catalysts. Recently catalytic nanocrystals with uniform and well-defined surface structures have emerged as a novel type of model catalysts whose surface chemistry and catalysis can be studied under the same operational reaction condition as working powder catalysts, and they are recognized as a novel type of model catalysts that can bridge the “materials gap” and “pressure gap” between single crystals-based model catalysts and powder catalysts. Herein we review recent progress of surface chemistry and catalysis of important oxide catalysts including CeO₂, TiO₂ and Cu₂O acquired by model catalysts from single crystals to nanocrystals with an aim at summarizing the commonalities and discussing the differences among model catalysts with complexities at different levels. Firstly, the complex nature of surface chemistry and catalysis of solid catalysts is briefly introduced. In the following sections, the model catalysts approach is described and surface chemistry and catalysis of CeO₂, TiO₂ and Cu₂O single crystal and nanocrystal model catalysts are reviewed. Finally, concluding remarks and future prospects are given on a comprehensive approach of model catalysts from single crystals to nanocrystals for the investigations of surface chemistry and catalysis of powder catalysts approaching the working conditions as closely as possible.