蒸汽冷凝過程團簇紅外光譜分析及高斯模擬.pdf

1、蒸汽冷凝過程廣泛存在于自然、日常生活、工業(yè)生產(chǎn)等方面，作為凝結(jié)過程的第一步，對冷凝成核的研究將加深對該過程的認識，并有助于相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展與革新。然而受到傳統(tǒng)觀測手段最小成像極限的限制，已有工作對于冷凝成核過程實驗研究尚不充分，特別是成核前蒸汽分子運動和演化特性規(guī)律的直接研究鮮有報道。本文基于紅外光譜對由于團簇產(chǎn)生的氫鍵鍵鏈效應的響應，搭建了蒸汽分子原位紅外光譜測試平臺，觀測了冷凝核化初期水分子團簇紅外光譜的響應特性，并利用文獻數(shù)據(jù)和

2、高斯密度泛函方法分析了紅外光譜的紅移特性與團簇分子數(shù)目的量化規(guī)律。
　　溫度會影響分子團簇的動能進而影響羥基振動能，羥基伸縮振動峰強度較大并且波數(shù)范圍寬。在本實驗條件下，隨著過冷度的增加，羥基伸縮振動峰的強度增加但是并沒有出現(xiàn)紅移的現(xiàn)象表明在一定的實驗范圍內(nèi)溫度對紅移現(xiàn)象的影響可以忽略。在此基礎(chǔ)上，通過改變不同紅外本底光譜觀察到羥基自由振動峰的紅移現(xiàn)象，證明了本實驗中羥基自由振動峰紅移是團簇形成的最明顯的響應標記。通過實驗結(jié)果與文

3、獻紅移數(shù)據(jù)的分析可以得出團簇水分子數(shù)目增加了幾十個。
　　通過高斯模擬方法得到了n=1～10以及n=24的水分子團簇的振動頻率，并與實驗結(jié)果進行了比較。結(jié)果表明隨著水分子數(shù)目的增加羥基振動峰發(fā)生了紅移現(xiàn)象。但同時發(fā)現(xiàn)，在分子數(shù)目較少時，團簇結(jié)構(gòu)對氫鍵鍵鏈效應影響較大，羥基自由振動峰位置呈現(xiàn)不規(guī)則分布，而隨著分子數(shù)目的繼續(xù)增加，團簇結(jié)構(gòu)趨于球形，氫鍵鍵鏈效應對于羥基自由振動峰的位置影響開始體現(xiàn)，隨著分子數(shù)目的增加，羥基自由振動峰發(fā)生

4、紅移。
　　本文根據(jù)乙醇分子同樣具有氫鍵鍵鏈效應特性的狀況進行了紅外響應特性研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在0K-5K過冷度的范圍內(nèi)，乙醇分子在不同過冷度下的羥基振動峰在強度上存在一定差別，這主要是由于紅外實驗過程中乙醇分子所處的溫度不同造成的。通過紅外譜圖分析發(fā)現(xiàn)，羥基的自由振動峰并沒有出現(xiàn)紅移的現(xiàn)象，這主要是因為乙醇分子之間的氫鍵鍵鏈效應中的長程作用較水分子小，同時乙醇的空間位阻會影響其長程作用導致氫鍵的產(chǎn)生對羥基振動能影響較小，紅移現(xiàn)象沒有