電子貼附解離動力學(xué)及高分辨成像譜儀研制.pdf

1、電子貼附解離分子產(chǎn)生負(fù)離子和中性碎片自由基，是大氣化學(xué)、星際化學(xué)、等離子體和生物電離輻射中重要的物理化學(xué)過程。利用負(fù)離子時間切片速度成像方法測量碎片負(fù)離子的空間動量分布，可以揭示電子與分子散射的量子物理特性、電子-分子共振態(tài)的性質(zhì)以及瞬態(tài)負(fù)離子的解離動力學(xué)?；谪?fù)離子速度成像方法，我們逐漸深入地開展電子貼附解離研究。本論文的內(nèi)容主要分為兩部分。
　　第一部分的相關(guān)研究工作是基于我們研究組原有普通分辨的速度成像裝置開展的。我們充分利

2、用實驗裝置探測效率高、負(fù)離子動量分辨較高、性能穩(wěn)定等特點，研究了從簡單的雙原子分子(CO)到復(fù)雜的多原子分子（CO2、乙醇、乙醛）的貼附解離動力學(xué)。
　　(1)之前，我們實驗組在電子貼附解離CO實驗研究中，發(fā)現(xiàn)了瞬態(tài)負(fù)離子分子CO-的2П，2Δ,2Ф共振態(tài)之間的量子干涉。隨后，在更高的能量范圍內(nèi)(11.3～12.6eV)，我們發(fā)現(xiàn)存在兩個解離通道:e-+CO→CO-→C(1D，1S)+O-，其中產(chǎn)生高激發(fā)態(tài)C(1S)的通道是未被前

3、人報道的。更為重要的是，對應(yīng)于不同通道的O-離子角度分布均呈完全后向散射分布;不同于較低能量區(qū)間，在高能量區(qū)間，發(fā)生的是CO-的2∑，2Δ,2Ф負(fù)離子共振態(tài)量子干涉。
　　(2)多原子分子的電子貼附解離因其過程復(fù)雜是當(dāng)前的研究難點。此外，乙醇與乙醛分子的電子貼附解離研究對理解生物有機(jī)分子電子貼附解離過程非常重要。我們將負(fù)離子速度成像實驗和分子動力學(xué)計算相結(jié)合，對乙醇和乙醛分子的電子貼附解離動力學(xué)進(jìn)行了比較研究。我們發(fā)現(xiàn)電子貼附解離

4、乙醇產(chǎn)生O-是一個級聯(lián)反應(yīng)過程，其中瞬態(tài)乙醇負(fù)離子二次脫氫產(chǎn)生中間體CH3CHO-，然后中間體CH3CHO-解離產(chǎn)生慢動能的O-。而電子貼附解離乙醛則產(chǎn)生各向異性、快動能的O-。同時，角度分布表明在較高的入射電子能量下，高階散射分波(d和f散射分波)起著較為重要的作用。
　　(3)在大約40億年前的地球大氣中存在少量的O2和大量的CO2，教科書中指出:這些少量O2產(chǎn)生于三體復(fù)合反應(yīng)(O+O+M→O2+M)。另一方面，在地球大氣電離

5、層中存在大量的低能量電子，特別是存在一個15～20eV的峰值分布?；诖耍覀兲岢隽穗娮淤N附解離CO2分子產(chǎn)生O2的新機(jī)理e-+CO2→O2+C-，負(fù)離子速度成像實驗表明了在15.9-18.0eV電子能量區(qū)間其與三體解離（e-+CO2→2O+C-）通道競爭。但是，產(chǎn)生O2的反應(yīng)截面較大，這說明電子貼附解離CO2是地球原始大氣“氧氣起源”的一個全新機(jī)制。
　　盡管在第一部分研究工作中我們發(fā)現(xiàn)了振動激發(fā)的O2分子，但實驗裝置有限的能量

6、分辨導(dǎo)致我們無法更加深入的獲得有關(guān)振動態(tài)分辨的動力學(xué)信息。并考慮到電子貼附解離領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，我們提出了研制高分辨速度成像譜儀的方案。因此，研究工作的第二部分是高分辨成像譜儀的研制及其應(yīng)用。
　　(1)我們研制的高分辨成像譜儀包括余擺線型電子單色器、超聲分子束、優(yōu)化設(shè)計的離子聚焦透鏡、離子探測器系統(tǒng)（由兩塊MCP，熒光屏，CCD相機(jī)組成）以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。因為引入了低能量余擺線型電子單色器和優(yōu)化設(shè)計的負(fù)離子速度成像系所以使成像譜儀

7、具有振動態(tài)分辨性能。在國際上，這是第一臺將余擺線型電子能量單色器與速度成像技術(shù)相結(jié)合的譜儀。
　　(2)利用高分辨成像譜儀，開展了在電子能量4eV附近CO2分子電子貼附解離動力學(xué)研究。我們得到CO2瞬態(tài)負(fù)離子的壽命約10-11s，這是第一次能通過實驗測到離子如此短的壽命。通過高分辨的產(chǎn)物O-動量成像可以確定在低激發(fā)形狀共振態(tài)上CO2-瞬態(tài)負(fù)離子的分子內(nèi)核運動。我們澄清了半個世紀(jì)以來關(guān)于這個共振態(tài)上CO2-解離動力學(xué)的學(xué)術(shù)爭議。