光致分子间电子转移-受体分子结构对转移速率的影响

本文利用超快时间分辨瞬态光栅光谱技术研究了受体分子结构对光致分子间电子转移速率的影响,以罗丹明101和罗丹明6G在苯胺中的溶液作为研究样品. 苯胺到两种染料分子之间的前向电子转移时间常数以及后续的从染料分子到苯胺的反向电子转移时间常数可以被测得. 结果表明无论是前向电子转移还是反向电子转移,罗丹明6G都较罗丹明101进行得更快. 通过量子化学计算以及后续分析,发现更具柔性的罗丹明6G分子和苯胺之间具有更强的分子间电子耦合从而导致更大的分子间电子转移速率.     

光致分子间电子转移-受体分子结构对转移速率的影响（英文）

本文利用超快时间分辨瞬态光栅光谱技术研究了受体分子结构对光致分子间电子转移速率的影响,以罗丹明101和罗丹明6G在苯胺中的溶液作为研究样品.苯胺到两种染料分子之间的前向电子转移时间常数以及后续的从染料分子到苯胺的反向电子转移时间常数可以被测得.结果表明无论是前向电子转移还是反向电子转移,罗丹明6G都较罗丹明101进行得更快.通过量子化学计算以及后续分析,发现更具柔性的罗丹明6G分子和苯胺之间具有更强的分子间电子耦合从而导致更大的分子间电子转移速率.     

DMSO溶剂中All-trans-astaxanthin激发态的飞秒时间分辨光谱

基于飞秒时间分辨瞬态吸收和多元瞬态光栅光谱技术对全反式Astaxanthin(AXT)在DMSO溶剂中的超快激发态弛豫动力学进行了观测.结果表明,光激发后AXT/DMSO体系直接发生S_0→S_2跃迁,基态漂白对应光谱范围为420~550nm.由S_2→S_1的内转换过程发生的时间常数为120~160fs.S_1态激发态吸收对应的光谱范围为550~740nm,基态漂白恢复过程对应的是S_1→S_0的内转换过程,其时间尺度为4.50~5.50ps.     

基于瞬态光克尔效应的超快光学快门技术

系统介绍了几种基于瞬态光克尔效应的超快光学快门技术,包括传统的光克尔双折射快门技术,瞬态光栅快门技术,以及利用瞬态克尔透镜效应的光学快门技术。这些技术都是在泵浦-探测的实验配置基础上,利用门控光对克尔介质折射率的瞬态调制导致的信号光的相位（偏振态）、传播方向或光束发散角等光学特性的改变实现对信号光的超快时间分辨测量。对比讨论了这些超快快门技术的工作原理和实验配置,结果表明瞬态光束偏折快门技术相比其他快门技术具有无偏振配置要求、无相位匹配条件、超宽带光谱响应范围的特点,在光与物质相互作用的超快动力学研究中具有更为广阔的应用前景。     

超快电子衍射系统的时间空间分辨能力研究及其优化

超快电子衍射技术是研究物质瞬态结构变化及超快结构动力学的有效手段.研制了国内第一套同时具有超快时间分辨及超高空间分辨能力的超快电子衍射系统,并研究了在该超快电子衍射系统上实现超快时间分辨及超高空间分辨能力的技术手段及其优化方法.实验结果表明：经过优化后该系统可以具有优于500 fs的时间分辨能力,其空间分辨能力达到0.04%的衍射峰位置变化,对应的晶面变化为0.0005?.该系统可以为实时测量超快光脉冲激发的物质瞬态结构变化,特别是为研究晶体材料的超快动力学行为提供了强有力的实验工具. 关键词： 超快电子衍射 空间分辨 时间分辨     

苯硝化反应中电子转移反应重组能的计算

提出了重组能的量子化学算法 ,在用CISD/6 31G基组水平上 ,得到苯硝化反应中反应物及过渡态的结构 .并计算了各自交换电子转移反应以及交叉电子转移反应的重组能 ,同实验重组能进行了比较 .计算用了Gaus sian 94程序 .从重组能的角度分析了苯硝化反应 .结果表明 ,对于NO2 + +NO2 →NO2 +NO2 + 的自交换电子转移反应 ,重组能较大 ,结论为 :在芳烃硝化反应中 ,存在以NO2 + 为氧化剂的电子转移步骤的可能性很小 ,而从动力学的角度上 ,用NO+ 作反应的氧化剂更有可能 .     

皮秒级时间分辨超快高能脉冲激光光谱

介绍了一种利用光电摄谱法和条纹管相结合测量ps级时间分辨超快高能脉冲激光光谱的方法。论述了条纹相机工作原理和平面衍射光栅的分光原理,分析指出利用介绍的装置,可以实现波长300 nm ～1 600 nm、脉宽＞2 ps超快高能脉冲激光的光谱测量。采用1 054 nm超快高能脉冲激光器,实验得到了条纹像,对条纹像进行数据处理后得到测量光谱曲线,通过能量标定后,得到了超快高能脉冲激光器实际光谱曲线,验证了ps级时间分辨超快高能脉冲激光光谱方法。讨论了系统中耦合透镜组对光谱测量和光纤色散角对条纹图像的影响,论述了ps级时间分辨超快高能脉冲激光光谱的作用。随着条纹管制造技术的飞速发展,该方法可用于fs级激光光谱的测量。     

长寿命吸收过程对超快动力学过程测量的影响

使用飞秒时间分辨抽运-探测透射光谱技术,实验研究了GaAs体材料中光激发载流子的超快弛豫动力学的波长依赖.在相同的光激发载流子浓度和抽运/探测比时,发现760 nm和780 nm两中心波长处的瞬态透射变化延迟扫描信号出现负的和振荡的信号.与模拟计算结果对比,判定该实验瞬态信号是错误的.分析探测器输出波形,发现是由于反相波形导致的,而引起反相波形的原因在于样品中存在长寿命的吸收过程.指出通过提高探测器上的抽运/探测比能够矫正反相波形,从而获得正确的瞬态透射变化动力学.提高探测器上的抽运/探测比与目前的应尽量减小抽运光对探测器的散射贡献的观点是对立的.文章的研究结果对应用抽运-探测时间分辨光谱技术正确地测量超快瞬态动力学过程具有重要的参考价值. 关键词： 时间分辨抽运-探测透射光谱 饱和吸收 吸收增强 GaAs体材料     

从捕光天线到反应中心分子能量传递研究

利用飞秒时间分辨光谱技术研究了PSⅡ中捕光天线LHCⅡ内Chla分子和β-Car分子传递光能到反应中心的时间特性,实验测得Chla分子用了25 ps,β-Car分子用了250 ps.理论研究得出:25 ps是相邻Chl分子之间随机转移传能的时间常数,250 ps是LHCⅡ内相邻β-Car分子,通过Chla分子单步FÖrster共振传递、Dexter电子交换机制、激子转移把能量转移到反应中心的总时间.理论计算与实验结果基本符合,激子随机转移传递激发能快而有效.     

室温下金属中电子格林艾森常数的测量

在室温条件下用自己研制的超快电子衍射实验设备精确测量了金属铝的电子格林艾森常数(γ_e).当飞秒脉冲激光瞬间加热铝膜时,电子和晶格对固体热膨胀的作用在时间域上是不同步的,借助于超快电子衍射实验设备的高时间分辨能力,可以摆脱以往测量非磁性金属材料时低温的限制,在室温条件下,实验通过直接观测瞬间加热的铝膜中电子和晶格对热膨胀的不同贡献得到电子的格林艾森常数. 关键词： 格林艾森常数 超快电子衍射 晶格热运动 电子热运动     

光诱导呫吨酮电子转移和氢转移反应的激光闪光光解研究

用时间分辨激光闪光光解的方法研究了在乙腈溶剂中呫吨酮的激发三重态的性质，并得到了呫吨酮激发三重态和胺类、醇类以及酚类反应的瞬态吸收光谱和猝灭速率常数(kq)．除了苯胺和3-硝基苯胺被认为是能量转移外，呫吨酮和其余胺类的反应随着自由能变的减校lgkq逐渐增大，由此认为发生了电子转移反应．而对于二甲基-对甲苯胺、3,5,N,N-四甲基苯胺、N,N-二甲基苯胺、三乙胺来说，通过瞬态吸收光谱的变化可以知道既有电子转移反应又有氢转移反应发生．呫吨酮和醇类只发生氢转移反应，其猝灭速率常数和醇的?-C?H的键能有关．由     

核苷酸和芳香酮的电子转移和质子转移反应研究

利用时间分辨的激光闪光光解方法在1∶1乙腈/水溶液中得到了4种核苷酸和芳香酮的瞬态吸收光谱,通过瞬态吸收光谱的变化研究了鸟苷酸、腺苷酸、胞苷酸、胸腺苷酸猝灭二苯甲酮、呫吨酮激发三重态的反应。由于实验中生成了抽氢自由基和负离子自由基,以及核苷酸正离子在水中的快速抽氢反应,推断出芳香酮和鸟苷酸、腺苷酸的反应机理是先发生电子转移后发生质子转移。而在芳香酮和胞苷酸、胸腺苷酸的反应中没有观察到相应的抽氢自由基和负离子自由基的瞬态吸收峰,由此推断出它们和胞苷酸、胸腺苷酸没有发生电子转移和质子转移反应。对瞬态吸收峰处的时间衰减曲线进行拟合得到了核苷酸猝灭芳香酮的速率常数,可以看到随着反应自由能变ΔG的增大,反应速率常数逐渐减小。     

超快非均质电子转移的优化控制研究(Ⅰ)

本文用三能级的单振动模型,模拟了从二萘嵌苯到TiO2超快电子转移的动力学过程,发现在弱电子转移耦合下,电子在激光场的作用下激发至分子激发态转移然后到半导体导带,在强电子转移耦合下,电子直接由基态转移到半导体导带。在优化控制的理论模拟中以电子激发态的振动基态为目标态,考虑了不同注入位置条件下的电子转移的动力学过程,研究了优化激光场在给定时间内实现目标态的过程,由于从分子激发态到半导体的超快电子转移,只有当分子激发态能级与半导体导带底能级简并时,才能实现较高的目标态产生率。     

光致电子转移对Alizarin敏化TiO_2纳米粒子Raman光谱特性的影响

结合理论和实验研究了茜素Alizarin(Alz)染料敏化TiO2纳米粒子体系的光致电子转移对Alz Raman光谱特性的影响.结果表明:Alz染料敏化TiO2纳米粒子吸收光谱的红移和荧光光谱的淬灭归因于从被吸附的Alz染料分子激发态和电荷转移复合物(Alz/TiO2)到TiO2纳米粒子导带的光致电子转移;超快光致界面电子的转移有效地增强了被吸附在界面处Alz染料分子的C=C键伸展振动、C=O羧基伸展振动和C-O键伸展振动.     

基于面阵CCD的高时间分辨瞬态光谱探测技术（英文）

为了提高CCD的扫描速率并将其应用于百纳秒级瞬态超快现象的探测,提出一种基于面阵CCD的高时间分辨的瞬态光谱测量方法,并对其进行了实验验证.该方法采用帧存储的工作思路,对面阵CCD的工作时序进行改进,以实现高时间分辨率的探测.LED脉冲光实验结果表明,探测帧频可达10Mfps,时间分辨率达到100ns,并且能够连续成像2 048次.该方法对扩展CCD在瞬态光谱检测领域的应用具有借鉴意义.     

四氯苯醌与嘧啶类核酸碱基的光化学氢抽取和电子转移反应

采用纳秒时间分辨的激光闪光光解实验技术,研究了四氯苯醌(TCBQ)分子与两种嘧啶核酸碱基(胸腺嘧啶和尿嘧啶)分子在355nm激发下的光化学反应动力学. 355 nm将TCBQ分子布居到激发三重态³TCBQ^*,高反应活性的³TCBQ^*与碱基分子发生两个平行的反应,氢抽取反应和电子转移反应,分别对应生成瞬态光谱上观测到的两个光反应产物TCBQH·和TCBQ·^-. 这两个反应同时生成的碱基自由基和碱基阳     

高相干超快电子源研究进展

以原子级时空分辨监测物质的动力学行为并从最根本层面理解自然界中的微观基本过程一直是飞秒物理、飞秒化学以及飞秒生物学研究的目标.时间分辨电子衍射巧妙地结合了抽运-探测技术和电子衍射技术,可实现直接"观察"和"冻结"类似的超快过程.然而,目前常用的超快电子探针的横向相干性仍受到电子源的初始尺寸、有效温度、能量弥散以及电子间固有库仑排斥的限制,还很难分辨化学和生物相关的复杂有机分子.近年来大量研究工作都集中在发展高相干的超短电子源,其不仅对时间分辨电子衍射研究起到推动作用,也将极大地促进超快电子显微镜、相干衍射成像以及叠层成像等的发展.本综述以相干性为主线,介绍了几种常用平面阴极光电发射源的研究进展,并从产生机理、独有特性和实验成果方面讨论了尖端发射源和冷原子电子源这两类新型的高相干超快电子源,最后对衍射技术的相干性发展和未来应用进行了展望.     

基于瞬态光栅频率分辨光学开关法测量飞秒脉冲的研究

超宽光谱的飞秒脉冲测量一直是超快激光领域的重要研究方向之一.常规的飞秒脉冲自相关方法是通过测量自相关倍频信号来获得,而倍频信号具有波长选择性,不同中心波长的飞秒脉冲测量需要更换不同的倍频晶体,十分不方便.因此,提出了一种改进型的瞬态光栅频率分辨光学开关(TG-FROG)方法用于测量飞秒脉冲.该方法结合四波混频和频率分辨光学开关方法,其基本过程是将待测脉冲分为三束,其中两束脉冲经过精密的延时控制并聚焦在光学介质上达到时空重合,利用三阶非线性效应产生稳定的瞬态光栅作为开关光;另一束脉冲作为探测光与产生的瞬态光栅进行相互作用产生一个信号光,使用光谱仪对该信号光的光谱与延迟时间进行测量,并通过反演迭代算法处理而获取待测飞秒脉冲的光谱与电场信息.该方法只需要待测光的功率密度达到三阶非线性效应就可以实现测量,因此可以应用于任意中心波长的飞秒脉冲测量.利用该方法对中心波长分别为800 nm, 400 nm的飞秒脉冲,以及超连续亚10 fs的周期量级超宽光谱飞秒脉冲进行了测量,并与常规的干涉自相关仪器测量结果进行了比较,所得测量结果基本一致.实验结果表明,建立的基于TG-FROG方法对不同中心波长,不同脉冲宽度的飞秒脉冲测量是十分有效的.     

黄素体系电子转移过程光谱研究

黄素类物质在生物体内广泛存在,是许多电子转移反应的活性中心,也是电子传递链的重要组成部分。其受到光照激发后引起的电子转移,是许多生命过程的基础与起始步骤。特别地,一种名为隐花色素的黄素蛋白在光激发后经一系列电子转移形成自旋相关自由基对,被认为是最有可能的生物磁敏物质,更使黄素体系电子转移过程的动力学,特别是自旋动力学过程倍受关注。对黄素电子转移过程及相关机理进行研究,有助于厘清多种生命过程的化学机理与影响因素。为此,科学界综合运用了多种仪器与测试手段,其中主要包括紫外-可见光谱,荧光光谱,瞬态吸收光谱,光化学诱导动态核极化（Photo-CIDNP）技术等。通过多年的研究,对黄素在生物体内的作用机理与电子转移过程的认识经历了由浅入深,不断深入的过程。紫外-可见光谱（UV-Vis）主要用于研究黄素系统中的电子激发,自旋动力学和电子转移。结合理论计算,UV-Vis还可以识别电子转移中涉及的基团并进行定量分析。荧光光谱可以识别电子受激发的物质,在反应过程中观察黄素和半醌中间体的产生和消耗,并确定其氧化还原和质子化状态。瞬态吸收光谱适于观测反应过程中出现的短寿命物种,其中飞秒泵浦探测技术的引入大大提高了观测的时间分辨率,并且可以通过光谱特征区分单重态和三重态的自由基对。光化学诱导动态核极化核磁共振（NMR）可以直接观察电子-核自旋动力学过程。磁场依赖性photo-CIDNP NMR揭示了控制单重态与三重态互变的因素,并提出了生物地磁导航可能依赖的化学机制。腔吸收与单分子光谱的运用,从技术上提高了实验装置的灵敏度并降低检测限。主要介绍黄素体系电子转移过程研究所运用的各种光谱手段与取得的成果,并展望其未来。     

激光闪光光解研究二羟基蒽醌和腺嘌呤/胞嘧啶的电子转移反应

采用纳秒时间分辨的激光闪光光解技术研究了乙腈/水混合溶液中二羟基蒽醌和腺嘌呤或胞嘧啶之间的电子转移反应. 在355 nm紫外光作用下,经由系间窜跃产生的三重态二羟基蒽醌与两碱基分别发生电子转移反应,其中碱基作为典型的电子给体. 基于测量到的反应瞬态中间体的动力学淬灭速率,两个反应过程被认为分步进行,先电子转移之后发生质子转移反应. 通过研究表观淬灭速率与两个碱基浓度的依赖关系,分别得到了两个双分子间电子转移反应的速率常数,分别是9.0×10⁸ L/(mol·s) (胞嘧啶)、3.3×10⁸ L/(mol·s) (腺嘌呤).