密度泛函理论研究银上吸附对巯基吡啶的SERS化学增强效应

基于密度泛函理论计算和拉曼光谱理论分析,我们研究了对巯基吡啶(4MPY)分子的拉曼光谱和其在银上的表面增强拉曼光谱(SERS),并进一步探讨了SERS与界面吸附结构、异构化、质子化和氢键作用以及低能激发态的关系。首先,我们对两种分子异构体的相对稳定性和拉曼光谱进行了理论分析。在此基础上,进而研究了该分子与不同银簇作用时的拉曼光谱,结果表明,4MPY以巯基硫与银簇作用形成强的Ag―S键,导致拉曼光谱的线型不依赖于所选银簇的大小。接着我们考虑了吡啶氮端作用的两种情况。(1)当4MPY-银簇复合物同时以吡啶氮与水簇或水合质子簇形成氢键时,结果表明吡啶环的部分振动频率随氢键和质子化发生蓝移。(2)当考虑吡啶氮与银簇作用时,吡啶环三角畸变振动发生蓝移。上述情况不仅解释了实验观测的振动频率变化,而且表明了化学环境改变对相对拉曼强度的影响。最后,我们计算了当对巯基吡啶分子以单端或双端与银簇作用,在考虑激发光与低能激发态的能量匹配时,拉曼光谱强度与低能激发态的关系。计算结果表明,在双端吸附构型下,与吡啶氮成键的银簇受激发产生电荷转移态,不仅导致吡啶环v_(12)、v_1和v_(8a)振动的拉曼信号增强,而且选择性地增强吡啶环C―H面内对称弯曲振动v9a的拉曼信号。     

金-硫团簇负离子组成特征的探讨

报导了金/硫靶在静态二次离子质谱实验条件下形成的组成通式为Au1－15S0－5的团簇负离子.其中,Aun组成系列具有典型的奇数优势,属于金的一元团簇负离子.其余组成系列（Au1－15S1－5）则属于金 硫二元团簇负离子.研究发现,金 硫团簇负离子具有以下与组成密切相关的特征: （1）它们继承了金一元团簇负离子的奇数优势;（2）它们中硫原子数仅限于5,而金原子数则在较大范围变化;（3）它们完全没有多数其它金属与非金属（包括硫）二元团簇正/负离子共有的MenNn型组成优势;（4）它们以上组成特征及其它细节恰似碳 磷这样的典型非金属二元团簇正/负离子.基于这样的组成特征可提出,金 硫团簇负离子在构成上包含着相对完整的金一元团簇组件,在形成机制上源于金一元团簇与硫一元团簇（或称为:限于五原子的多硫单元）之间的再团簇化.关于再团簇化机制中的相互作用问题,即两类团簇间是依靠末端原子交叉成键还是依赖两类团簇中异种原子之间静电诱导力等“非共价键”作用的问题,则有待于今后研究证实.     

TiN_(12)团簇的制备研究

以高纯氮气为载气,通过532nm的激光轰击由Ti、BN粉末混合压制成的样品,生成了钛氮团簇,确定了最稳定钛氮团簇的组成为TiN12。以四氟化钛和三甲基叠氮硅烷为原料,在液氮冷却下开展了钛氮团簇的化学法合成,对所得产物进行了IR、NMR表征,确定其结构为Ti(N3)4。用密度泛函理论(DFT)对TiN12的结构进行了优化,发现存在一种Ti(N3)4形式的具有对称的正四面体结构的稳定构型,这与化学法合成的TiN12的IR和NMR谱相符。不过,仍需进一步确定激光轰击法和化学合成法产生的TiN12是否具有相似的结构。     

TiN12团簇的合成研究

以高纯氮气为载气,通过532nm的激光轰击由Ti、BN粉末混合压制成的样品,生成了钛氮团簇,确定了最稳定钛氮团簇的组成为TiN12。以四氟化钛和三甲基叠氮硅烷为原料,在液氮冷却下开展了钛氮团簇的化学法合成,对所得产物进行了IR、NMR表征,确定其结构为Ti(N3)4。用密度泛函理论(DFT)对TiN12的结构进行了优化,发现存在一种Ti(N3)4形式的具有对称的正四面体结构的稳定构型,这与化学法合成的TiN12的IR和NMR谱相符。不过,仍需进一步确定激光轰击法和化学合成法产生的TiN12是否具有相似的结构。     

固氮酶钼铁蛋白的金属中心结构模型

1992年9月,Rees等发表了Mo-Fe蛋白2.7A分辨率的晶体结构分析,揭示了M-簇和P-簇的结构图象:前者是由两个缺(活)口立方烷,Fe_4S_3和MoFe_3S_3簇,靠两个硫和一个氧(氮或硫)     

AgnSm^±和AunSm^±的激光产生与质谱研究

以高能量密度的脉冲激光束在高真空中直接溅射银(金)粉与硫的混合物, 产生了丰富的银-硫和金-硫二元原子族正负离子, 记录了它们的飞行时间质谱。通过对这些簇离子的组成与分布的分析, 发现了它们的一些结构规律。银硫簇离子以离子键为主, Ag2S是它们的主要结构单元, 其中Ag11S5^+和Ag9S5^-特别稳定; 金硫簇离子基本上是共价结构, 金原子间相互成键, 构成簇离子的核, 硫原子则仅与核表面的金原子配位, 其中Ag6S14^+, Au5S6^-的稳定性比较突出。     

Cu_4簇合物“元件组装”合成及其结构与电催化作用

以元件组装方法合成了Cu4(HL)4·2H2O簇合物(H2L=N-乙氧羰基-N′-o-硝基苯基硫脲)。用X射线单晶衍射技术、核磁共振谱、红外光谱和元素分析等确定了簇合物及其相应组装元件的晶体结构和化学组成,并对簇合物的电催化性质进行了检测。结果表明,该簇合物由4个Cu(I)以M-M键构成簇核,4个硫脲配体分别以硫羰基硫原子和氮原子配位于Cu(I)构成簇合物配位结构,DPV分析显示该簇合物对O2具有较高催化活性。     

碳原子簇的结构与质谱的关联（Ⅱ）

根据出现在质谱中的各种大小的碳原子簇的相对丰度,分析了由激光产生的碳原子簇离子的统计分布,研究了这些统计分布与碳原子簇结构的关联。研究结果表明：相同构型的原子簇的相对丰度可以由同一条对数正态分布曲线来描述,由此能够获得碳原子簇构型的变化情况。质谱中分布曲线的数目对应于具有不同构型或不同结构稳定性的原子簇的数目。如果某些簇离子的谱峰明显地高出分布曲线,它们的结构应特别稳定,其成簇原子数就是所谓的“奇幻数”（ｍａｇｉｃｎｕｍｂｅｒ）,例如在石墨质谱中的Ｃ＿（６０）就属于这种情况。原子簇的统计分布还与它们的生成过程有关,由此可能揭示出原子簇的产生机理。     

过渡金属异核原子簇化学键研究 2: IB-Ⅷ, IB-ⅥB族金属四核原子簇电子结构研究

我们选择了14个IB-Ⅷ, IB-ⅥB族异金属四核簇合物, 用DV-Xα方法研究它们的成键规律、配体效应及能级变化。计算表明: 它们按构型可分为三类: 三角锥、蝶型、平面四边形、金属簇骼轨道分别为6个、5个、4个, 稳定性也依次降低。文中还讨论了三苯基膦等配体在合成IB簇合物中的作用和异核簇中d能带的变化对吸附的影响。     

硅与碳、磷、硫、氧的二元簇离子的激光产生

通过在自制仪器上发生的激光等离子体反应, 产生了硅与碳、磷、硫、氧等非金属元素形成的二元原子簇离子, 记录了它们的飞行时间质谱。根据对这些簇离子的组分的分析, 认为在硅碳簇离子中碳原子形成直链, 硅原子位于链端; 硅硫簇离子中的硅原子向一维伸展, 通过硫原子桥连一起; 硅磷簇离子则主要来取多面体的构型。所有成簇硅原子的价电子在各簇离子中都充分参于成键。     

CnSH±与CnS±2的碰撞诱导解离研究

On a home-made crossed ion-molecular beam tandem time-of-flight mass spectrometer, carbon cluster ions with two hetero-atoms, CnSH± and CnS2±, were produced from laser ablation, mass-selected, and collided with pulsed nitrogen beam. From mass analysis of the fragment ions, structures of the cluster ions were characterized as linear, with two hetero-atoms locating on both ends of the carbon chain. The experimental results also revealed the main dissociation channel of the cluster ions. According to the results, for most cluster ions studied in the experiment, the weakest bond is the C-C bond next to the sulfur atom, but in some smaller cluster ions, S-C bond is easier to break. Under the experimental condition, cluster ions may suffer multiple collisions, so fragment ions produced from stepwise dissociation process were observed.     

Au_nP_m~±离子的激光产生及其质谱研究

以高能量密度的脉冲激光束在高真空中直接溅射金粉和红磷的混合物，产生了丰富的金-磷二元原子簇正负离子（m=1～21，n=1～20）和，记录了它们的飞行时间质谱．这些簇离子的相对信号强度大都呈现奇偶交替的变化规律．随着成簇原子数的增加，簇离子组分中磷的相对含量逐渐减少，对应于相同成簇金原子数的成簇磷原子数分布范围变窄，簇离子的结构与性质逐渐由简单络离子向其宏观凝聚态化合物转化．在较大的簇离子中，成簇金原子很可能相互成键，构成簇离子的核心     

激光产生的碳原子簇负离子及其质谱研究(II)

近年来,尽管碳原子簇的合成与研究已成为非常热门的课题,但是对其负离子的研究却相对冷落了一些.两年多前,我们以激光在高真空中直接轰击单质碳样品的方式,产生了n≤441的C_n~-并通过对其质谱的分析确定了它们从链状至环状构型的转化.最近,我们又以同样方式产生了成簇原子数高于100的碳原子簇负离子,记录了它们的飞行时间质谱. 本实验选用的样品是光谱纯的碳粉,直接压入样品托座中的小坑.仪器的构造已有另文详细介绍,实验时仪器的主要工作参数与参考文献[1] 中描述的基本相同,只是激光束     

硅、锗、锡、铅/磷二元原子团簇的形成、光解和结构

利用激光溅射产生了第IV主族 (硅、锗、锡、铅 ) /磷二元团簇正负离子 ,用飞行时间质谱研究了团簇离子的组成规律和激光光解产物 .研究表明二元团簇稳定性受团簇电子结构和几何结构的影响 ,但随着第IV主族元素自上而下 ,几何结构对团簇稳定性的作用越来越大 .在二元团簇离子中存在两类幻数团簇 :一类可以用Wade规则解释 ,其中磷原子或者充当给电子配体结合在第IV主族原子构成的团簇骨架外 ,或者直接参与团簇骨架的构成 ;另一类则与稳定的第IV主族中性团簇 (或磷中性团簇 )是等电子体 .利用从头计算和Wade规则对幻数团簇的结构和价键进行了分析 .     

C4H5N-(NH3)n氢键团簇的多光子电力与从头计算

在３５５和５３２ｎｍ激光波长下用ＴＯＦ质谱仪研究了Ｃ４Ｈ５Ｎ－（ＮＨ３）ｎ系列氢键团簇体系的多光子电离,实验发现,两波长下除了得到一系列团簇离子Ｃ４Ｈ５Ｎ－（ＮＨ３）ｎ＾＋外,还观测到一系列质子化产物Ｃ４Ｈ５Ｎ－（ＮＨ３）ｎ－Ｈ＾＋,这些质子化产物来自于光电离过程中团簇内部的质子转移反应;Ｃ４Ｈ５Ｎ－（ＮＨ３）ｎ＾＋系列离子出现反常强度变化,即Ｃ４Ｈ５Ｎ－（ＮＨ３）２＾＋离子强度较Ｃ４Ｈ５Ｎ－（Ｎ     

锗分族元素二元团簇及其与Co形成的团簇离子

通过比较激光烧蚀E1/E2 (代表Ge/Sn， Ge/Pb和Sn/Pb) 和Co/E (E为Ge、Sn、Pb)混合样品形成的二元团簇负离子飞行时间质谱分布和谱峰的相对强度及形成的幻数团簇离子峰，发现E1/E2二元团簇离子中原子量大的锗分族元素在团簇离子中占主要组分，而原子量小的元素则少量掺杂，其组成和分布特点说明其结构和性质与纯E团簇离子相似，可能的结构为该类负离子团簇所有原子都在笼结构的骨架上；对于二元团簇离子GeSn9－、GePb9－和SnPb9－其结构可能是双帽反四棱柱构型，只是每个原子均为骨架的一部分.而对激光烧蚀过渡金属钴与锗分族元素的混合物的研究发现，反应形成了丰富的Co/E二元合金团簇负离子，分析发现该类簇离子为钴内包覆于E(锗分族元素)笼状结构.幻数离子CoGe10－、CoSn10－和CoPb10－可能具有双帽四角反棱柱结构，而CoPb12－可能具有二十面体构型，钴原子均为笼状结构的中心.     

IR+vacuum ultraviolet (118 nm) nonresonant ionization spectroscopy of methanol monomers and clusters: neutral cluster distribution and size-specific detection of the OH stretch vibrations

Small methanol clusters are formed by expanding a mixture of methanol vapor seeded in helium and are detected using vacuum UV (vuv) (118 nm) single-photon ionization/linear time-of-flight mass spectrometer (TOFMS). Protonated cluster ions, (CH3OH)(n-1)H+ (n=2-8), formed through intracluster ion-molecule reactions following ionization, essentially correlate to the neutral clusters, (CH3OH)n, in the present study using 118 nm light as the ionization source. Both experimental and Born-Haber calculational results clarify that not enough excess energy is released into protonated cluster ions to initiate further fragmentation in the time scale appropriate for linear TOFMS. Size-specific spectra for (CH3OH)n (n=4 to 8) clusters in the OH stretch fundamental region are recorded by IR+vuv (118 nm) nonresonant ion-dip spectroscopy through the detection chain of IR multiphoton predissociation and subsequent vuv single-photon ionization. The general structures and gross features of these cluster spectra are consistent with previous theoretical calculations. The lowest-energy peak contributed to each cluster spectrum is redshifted with increasing cluster size from n=4 to 8, and limits near approximately 3220 cm(-1) in the heptamer and octamer. Moreover, IR+vuv nonresonant ionization detected spectroscopy is employed to study the OH stretch first overtone of the methanol monomer. The rotational temperature of the clusters is estimated to be at least 50 K based on the simulation of the monomer rotational envelope under clustering conditions.     

Formation of binary silver sulfide clusters and sulfur sensitization of photographic process

Formation of silver sulfide binary cluster ions,as well as the effects of silver and sulfur content proportion,the cluster size range,the influence of laser fluence,the UV laser photolysis,etc.,was studied with the laser ablation method and a tandem time-of-flight mass spectrometer.The results show that there exist two different forms of positively charge-bearing cluster ions;[(Ag2S)n Ag] + and [ (Ag2S)n-1 Ag3]+.The most possible forms of the sulfur sensitization centers acting as traps of photoelectrons are [Ag2S] +,[ Ag2S Ag] +,[ Ag2S Ag3]+ and the analogs.     

钪-硫团簇的形成和光解

报道了用激光直接溅射法产生钪硫团簇, 并用串级飞行时间质谱仪研究了所产生的团簇离子的分布及紫外激光光解规律。钪硫二元团簇正负离子都是由周边硫原子包围团簇骨架而构成的, 骨架是由包含着不同数目的Sc2S3这样的组份单元组成, 它们结合紧密, 构成了稳定的钒硫团簇的核心。稳定的团簇正离子为ScS(Sc2S3)n^+和Sc2S2(Sc2S3)n^+。稳定的团簇负离子为ScS2(Sc2S3)n^-,S3(Sc2S3)n^-, (Sc2S3)n^-。周边硫原子数目随样品中硫的摩尔含量的增加而增多, 它们结合较弱, 易于剥离。在紫外光解时往往以失去S2, S4, S6的方式解离。通过分析认为具有组份单元的Sc对于S团簇的结构可能是一种笼状结构。     

C_nX~-(X=B、N、H)的激光产生与结构探讨

在自制的仪器上,以脉冲激光束分别作用于浸透硼砂或氰化钾溶液的石墨和含有B、N等杂原子的稠环芳烃衍生物,产生了一系列链状构型的C_nX~-(X=B、N、H)。从实验记录的飞行时间质谱发现,随着这些簇离子中杂原子X的不同,其碳原子数或者均为偶数,或者均为奇数。通过对链状碳原子簇分子轨道级和电子数的分析,这一有趣的奇偶交替规律得到了满意的解释。