原子分子物理線站調(diào)試和一些分子及團簇的實驗和理論研究.pdf

1、本論文分為兩大部分：第一部分是原子分子物理線站調(diào)試和一些分子的實驗研究，第二部分是Van der Waals團簇的實驗和理論研究。 第一部分：原子分子物理線站的調(diào)試和一些分子的實驗研究 在第一章中，概述了同步輻射光源的發(fā)展以及一些特點，并對同步輻射在各種研究領(lǐng)域的應(yīng)用作了簡要介紹。著重討論了同步輻射真空紫外光在原子分子研究領(lǐng)域中的應(yīng)用，詳細討論了光與物質(zhì)相互作用的一些基本概念，包括絕熱電離能、垂直電離能、超激發(fā)態(tài)、光電離

2、截面、原子分子的Rydberg態(tài)及離解和預(yù)離解的定義及相關(guān)的背景知識。在本章中，還對目前同步輻射真空紫外原子分子研究中常見的幾種實驗方法如光電離質(zhì)譜、熒光光譜、光吸收譜、光電子譜及符合技術(shù)作了較詳細的描述。 在第二章中，介紹了國家同步輻射實驗室二期工程已建成的原子分子物理光束線及配套實驗站的調(diào)試過程和結(jié)果。該光束線由具有兩個包含角的高分辨球面光柵單色器、前置鏡系統(tǒng)和后置聚焦系統(tǒng)組成。首先簡要描述了該光束線光學(xué)準(zhǔn)直的經(jīng)過，具體介

3、紹了各個光學(xué)元件的安裝。安裝完成后的光束線可以提供在7.5-124 eV能量范圍內(nèi)調(diào)諧的真空紫外光，給出了光束線的監(jiān)測手段及零級光位置的確定，對三塊光柵，進行了能量定標(biāo)，并利用一些原子和分子的特征峰分別測試了各個光柵的分辨本領(lǐng)和重復(fù)精度，在光柵覆蓋的能量范圍內(nèi)，光通量均在10<'12>2photons s<'-1>以上，并測出了樣品處的光斑小于0.5x0.8mm<'2>，總結(jié)了光束線的總體性能。另外，對原子分子物理實驗站作了具體介紹，討

4、論了分子束的形成機理、飛行時間質(zhì)譜儀的設(shè)計原理及多級光電離室的原理和結(jié)構(gòu)，給出了該實驗站儀器配備情況，并簡要介紹了該實驗站配套的數(shù)據(jù)采集方法。經(jīng)光束線光譜定標(biāo)和測試，結(jié)果表明光束線和實驗站具有較好的性能。 在第三章中，利用高通量的同步輻射光源和自制的多級光電離吸收池裝置，測量了NO、CO、乙腈、丙烯腈、苯系物中的苯和甲苯的光吸收譜，給出了部分電子態(tài)的電離能，分析了其中的自電離Rydberg態(tài)結(jié)構(gòu)和一些振動能級，對部分結(jié)構(gòu)做了精

5、確指認，經(jīng)過分析和比較，我們所得的結(jié)果比較精確和可靠。其中部分結(jié)果是首次利用圓筒形多電極光電離吸收池實驗裝置獲得的，這些結(jié)果可為基礎(chǔ)研究提供數(shù)據(jù)，對應(yīng)用基礎(chǔ)研究和環(huán)境保護方面也有一定的意義。 第二部分：van der Waals團簇的實驗和理論研究 在第一章中，介紹了團簇的定義、團簇研究的發(fā)展及團簇科學(xué)研究的現(xiàn)狀，說明了團簇研究的重要性。給出了產(chǎn)生中性團簇和團簇離子的實驗技術(shù)和方法。綜述了研究團簇離子的幾種典型的實驗技術(shù)

6、，如流動技術(shù)、靜態(tài)氣體技術(shù)、束技術(shù)、囚禁離子的實驗技術(shù)。給出了團簇的結(jié)合能、締合反應(yīng)的熵值、分子間弱作用力的分類及幻數(shù)等團簇有關(guān)的一些基本知識。最后著重介紹了量化計算的各種理論方法，對計算過程中的基組選擇、團簇計算中的基組重疊誤差及結(jié)構(gòu)優(yōu)化和頻率計算方面做了詳細描述。具體介紹了自然鍵軌道分析、分子中原子理論和GAUSSIAN 2計算方法。 在第二章中具體介紹了van der Waals團簇的實驗和理論研究結(jié)果。它們包括：

7、 1．首次利用國家同步輻射實驗室合肥光源的真空紫外同步輻射，使NO分子和Ar原子混合物的超聲分子束發(fā)生光電離，測量了Ar，NO和異類團簇Ar·NO的光電離效率譜。在譜中，在與Ar原子的共振線對應(yīng)的能量區(qū)域(11.5-12.0 eV)觀察到一個強的類共振結(jié)構(gòu)。這個結(jié)果表明：在異類團簇Ar·NO的內(nèi)部，稀有氣體Ar原子的激發(fā)能轉(zhuǎn)移到與它接觸的分子NO上，使分子NO發(fā)生電離。 2．Rg·NO團簇是分子團簇研究的重要原型之一。在量

8、子化學(xué)計算的不同理論水平和基組中，我們選擇CCSD(T)理論水平和cc-PVDZ基組計算Rg·NO和Rg·NO<'+>的穩(wěn)定幾何構(gòu)型和振動頻率。計算結(jié)果顯示這種團簇呈歪斜的T型結(jié)構(gòu)，Rg原子靠近NO分子中N原子的一側(cè)，Rg-N-0的角度隨Rg原子量的增加而增大。我們還利用G2方法計算了Rg·NO的電離能和Rg·NO<'+>的離解能，其中電離能是首次獲得的。并首次得出：隨著Rg原子的極化率的增加，Rg·NO的電離能從He·NO的9.265

9、eV線性降低到Kr·NO的9.132eV，而Rg·NO<'+>的離解能從He·NO<'+>的0.017eV線性增大到Kr·NO<'+>的0.156eV。并首次利用優(yōu)化出的幾何結(jié)構(gòu)對Ar·NO復(fù)合物做了分子中的原子(AIM)和自然鍵軌道(NBO)分析，從AIM分析得出了復(fù)合物間成鍵臨界點，以及鍵間的電子密度和相應(yīng)的拉普拉斯值，在NBO分析中，給出了重要軌道的電子占有數(shù)和軌道間電荷轉(zhuǎn)移的關(guān)系和數(shù)量，并得到了二階微擾穩(wěn)定化能△E<'(2)>。

10、 3．在QCISD/cc-pVTZ水平上計算了Ar-CO和Ar-CO<'+>的幾何結(jié)構(gòu)和相互作用能，首次利用分子中原子和自然鍵軌道理論分析Ar-CO和Ar-CO<'+>復(fù)合物中具有鍵鞍點的原子間電荷密度和拉普拉斯值，得到了一些重要軌道的電子占有數(shù)、電子轉(zhuǎn)移和軌道間二階微擾穩(wěn)定化相互作用能。利用QCISD/cc-pVTZ方法系統(tǒng)計算了Rg-CO和Rg·CO<'+>的穩(wěn)定幾何構(gòu)型和振動頻率。并利用G2方法計算了Rg·CO復(fù)合物的結(jié)合