飞秒激光场中分子消除反应和氢转移过程的研究

发布时间：2017-08-11 16:18

  本文关键词：飞秒激光场中分子消除反应和氢转移过程的研究

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【摘要】：超短超强脉冲激光的出现,使得原子和分子系统与强激光的相互作用出现了一系列新的现象,例如：高次谐波产生、多光子电离、场致电离、阈上电离、解离电离、场致解离、库仑爆炸等。卤代烷烃光解产生的卤素原子对臭氧层有极大的破坏作用,这使得卤代烷烃的光解问题成为化学动力学研究的热点。其中,溴原子对臭氧层的破坏作用更甚,为氯原子的100多倍,因此对于溴代烷烃光解动力学的研究具有极其重要的科学意义和应用价值。在本论文中,我们利用三维直流切片离子成像技术,研究了1,2-二溴乙烷分子、环己烷分子与飞秒激光相互作用发生解离电离和库仑爆炸的过程。具体研究工作如下： 1.利用三维切片离子成像技术研究了1,2-C2H4Br2分子在800nm、80fs激光场中的库仑爆炸和解离电离过程。实验上测得了碎片离子C2H4Br+、Br+、C2H4+、Br2+和CH2Br+的切片图,计算获得了其动能分布和角分布参数。结果表明,相关离子的高动能分量来自于二价母体离子1,2-C2H4Br22+的库仑爆炸过程,低动能分量来自于一价母体离子1,2-C2H4Br2+的解离电离过程。在此基础上,理论模拟了产生离子C2H4+和Br2消除通道的反应路径,计算结果显示Br2分子的产生是异步协同消除反应,为一价母体离子同分异构化后越过势垒发生的解离。 2.利用三维切片离子成像技术研究了在中心波长为800nm、脉冲宽度80fs的强场条件下,1,2-C2H4Br2分子发生协同消除反应产生碎片离子C2H4+和Br2+的通道。实验中随着光场强度的增长,解离过程越来越剧烈；当光场强度为增高到一定程度时,质谱上出现了质荷比m/q=156,158,160的新离子Br2+,这预示着新的库仑爆炸通道的出现。从头计算表明离子Br2+的产生为二价母体离子跨越0.18eV的势垒后发生的解离,为同步协同消除反应。光场强度达到1.0×1014W/cm2时离子Br2+的相对产率稳定在3.4%。 3.利用三维切片离子成像技术研究了环己烷分子(C6H12)在800nm、80fs激光场中发生多光子解离和库仑爆炸的过程。实验上测得了不同光场强度下发生氢转移的离子CH3、C2H5+、C3H7+及其相关离子C5H9+、C4H7+、C3H5+的切片图,计算获得了各离子的速度分布和角分布参数。研究结果表明,离子的高动能分量来自于二价母体离子C6H122+的库仑爆炸过程,低动能分量来自于一价母体离子C6H12+的解离电离过程；CH3+、C2H5+、C3H7+离子的相对量子产率随着光场强度的升高分别趋于4.1%、2.6%、0.7%。最后,结合量子化学计算,研究了C6H122+发生库伦爆炸生成C2H4+和C4H8+的反应路径。
【关键词】：飞秒激光 三维成像 多光子解离 库仑爆炸 光致消除 协同消除 氢转移 从头计算
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O436
【目录】：

• 内容摘要6-8
• ABSTRACT8-10
• 目录10-13
• 第一章 绪论13-37
• 1.1 分子与飞秒强光场的相互作用13-25
• 1.1.1 飞秒强光场中分子的电离13-19
• 1.1.2 飞秒强光场中分子的解离19-25
• 1.2 分子消除反应简介25-28
• 1.3 氢转移过程简介28-29
• 1.4 本论文的创新点以及主要工作29-31
• 参考文献31-37
• 第二章 飞行时间质谱技术和离子成像技术简述37-53
• 2.1 飞行时间质谱技术37-40
• 2.2 离子成像技术发展40
• 2.3 二维离子成像技术40-44
• 2.3.1 二维离子成像技术原理40-42
• 2.3.2 “单栅网式”离子成像装置42-43
• 2.3.3 “离子透镜式”离子成像装置43-44
• 2.4 三维离子成像技术44-49
• 2.5 本章小结49-51
• 参考文献51-53
• 第三章 三维直流切片离子成像装置53-62
• 3.1 超强飞秒激光系统53
• 3.2 实验装置概述53-57
• 3.3 实验获得数据处理57-59
• 3.4 本章小结59-61
• 参考文献61-62
• 第四章 1,2-二溴乙烷分子通过解离电离过程产生溴分子Br_2的协同消除反应研究62-77
• 4.1 引言62-63
• 4.2 质谱结果的分析与讨论63-65
• 4.3 切片成像结果的分析与讨论65-69
• 4.3.1 1,2-二溴乙烷分子的库仑爆炸67-68
• 4.3.2 1,2-二溴乙烷分子的多光子解离68-69
• 4.4 从头算法对Br_2消除通道的模拟69-72
• 4.5 本章小结72-74
• 参考文献74-77
• 第五章 1,2-二溴乙烷分子通过库仑爆炸过程产生溴分子离子Br_2~+的协同消除反应研究77-93
• 5.1 引言77-79
• 5.2 质谱结果的分析与讨论79-80
• 5.3 切片成像结果的分析与讨论80-83
• 5.4 从头算法对Br_2~+离子消除通道的模拟83-85
• 5.5 Br_2~+离子消除通道的相对产率85-88
• 5.6 本章小结88-90
• 参考文献90-93
• 第六章 飞秒强光场下环己烷分子发生氢转移的研究93-110
• 6.1 引言93-94
• 6.2 质谱结果的分析与讨论94-96
• 6.3 切片成像结果的分析与讨论96-101
• 6.3.1 环己烷分子的库仑爆炸98-100
• 6.3.2 环己烷分子的多光子解离100-101
• 6.4 环己烷分子氢转移机制101-102
• 6.5 发生氢转移过程离子CH_3~+、C_2H_5~+和C_3H_7~+的相对产率102-103
• 6.6 C_6H_(12)~(2+)生成C_2H_4~+和C_4H_8~+过程中的氢转移103-105
• 6.7 本章小结105-107
• 参考文献107-110
• 第七章 总结与展望110-112
• 作者简历及在学期间所取得的科研成果112-113
• 致谢113

【参考文献】

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1 王操,孔繁敖;多原子分子在强飞秒激光场中的解离[J];物理化学学报;2004年S1期

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本文编号：657065