稀有氣體和雙原子分子（CO，NO）團(tuán)簇的光電離實(shí)驗(yàn)和理論研究.pdf

1、本論文主要介紹了稀有氣體和雙原子分子(CO，NO)團(tuán)簇的同步輻射真空紫外光電離實(shí)驗(yàn)和理論研究，還介紹了原子分子物理實(shí)驗(yàn)站稀有氣體濾波器的安裝和調(diào)試工作，以及乙苯的光電離實(shí)驗(yàn)和理論研究。 第一章介紹了原子、分子和團(tuán)簇的光譜學(xué)和動(dòng)力學(xué)研究現(xiàn)狀，比較詳細(xì)地介紹了光電離和光離解研究中的基本概念，如絕熱電離能、垂直電離能、光電離截面、超激發(fā)態(tài)、里德堡態(tài)，以及基本的離解機(jī)理。介紹了光與物質(zhì)相互作用研究中常用的實(shí)驗(yàn)方法，如光電離質(zhì)譜、熒光光譜

2、、光吸收譜、光電子譜、閾值光電子譜和符合技術(shù)等。最后討論了光電離研究中常用的量化計(jì)算方法。 第二章主要介紹了原子分子實(shí)驗(yàn)站光電離研究時(shí)使用的實(shí)驗(yàn)裝置。首先概述了同步輻射光源的特點(diǎn)和應(yīng)用，國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室(NSRL)儲(chǔ)存環(huán)的性能和相關(guān)參數(shù)。介紹了原子分子實(shí)驗(yàn)站光束線的裝置和性能。光束線選用波蕩器發(fā)射的同步輻射，可以提供能量范圍7.5-124 eV的真空紫外光。介紹了原子分子物理實(shí)驗(yàn)站的儀器配備情況，討論了分子束的形成機(jī)理、飛行時(shí)

3、間質(zhì)譜儀的設(shè)計(jì)原理及多級(jí)電離室的原理和結(jié)構(gòu)。 第三章介紹了實(shí)驗(yàn)站的濾波器系統(tǒng)的安裝測(cè)試工作。同步輻射高次諧波降低了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性，需要加以抑制。介紹了幾種用于抑制高次諧波的方法及氣體濾波器的優(yōu)點(diǎn)。介紹了濾波器的裝置，特別是為了克服實(shí)驗(yàn)站光束線有限的安裝空間的困難，采用的二級(jí)差分抽氣系統(tǒng)，和用于抑制分子束形成的導(dǎo)氣管的特殊設(shè)計(jì)。之后，對(duì)濾波器進(jìn)行了真空和濾波效果的測(cè)試，結(jié)果表明濾波器真空系統(tǒng)可以維持在適當(dāng)?shù)乃?，并且達(dá)到了較好的

4、濾波效果。 第四章對(duì)團(tuán)簇，特別是氣體團(tuán)簇的基本內(nèi)容及研究作了介紹：1.團(tuán)簇科學(xué)的發(fā)展；2.氣相團(tuán)簇合成的原理和主要的合成方法；3.分子間弱作用力分類；4.以質(zhì)譜方法為重點(diǎn)，介紹了研究團(tuán)簇的各類譜學(xué)方法。 在第五章和第六章里，用同步輻射光電離的辦法，從實(shí)驗(yàn)和理論角度，研究了稀有氣體原子Rg(Rg=Ne，Ar，Kr)和一個(gè)雙原子分子(CO或NO)組成的異類團(tuán)簇系列：Rg·CO和Rg·NO系列，前者屬于閉殼層團(tuán)簇分子，后者屬于

5、開(kāi)殼層團(tuán)簇分子。 第五章首先介紹了Rg·CO團(tuán)簇研究現(xiàn)狀及實(shí)驗(yàn)方法。然后用光電離質(zhì)譜方法研究了Rg·CO團(tuán)簇，由其光電離效率曲線得到Rg·CO團(tuán)簇的電離能，和理論結(jié)果符合良好，結(jié)合CO的光吸收譜，對(duì)Rg·CO閾值附近的光譜結(jié)構(gòu)進(jìn)行指認(rèn)。并用理論計(jì)算方法得到其結(jié)構(gòu)、頻率、電離能及離解能，加以討論。對(duì)于Rg·CO團(tuán)簇，因?yàn)镵r原子與CO分子的電離能幾乎重合，Kr·CO閾值附近的光電離效率譜同時(shí)受到Kr原子與CO分子共振的影響。結(jié)合C

6、O的光吸收譜以及Kr的光電離效率譜，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行指認(rèn)。隨著Rg質(zhì)荷比的增大， Rg·CO+鍵角變大，而Rg·CO電離能的降低。第六章首先介紹了Rg·NO團(tuán)簇研究現(xiàn)狀及實(shí)驗(yàn)方法。然后測(cè)量了團(tuán)簇Rg·NO光電離質(zhì)譜和光電離效率譜，并測(cè)量了NO分子的光吸收譜，對(duì)Rg·NO和NO的電離能加以比較，發(fā)現(xiàn)Ar·NO團(tuán)簇的電離能相比NO產(chǎn)生了紅移。并進(jìn)一步在理論上從幾何構(gòu)型、振動(dòng)頻率、電離能和離解能討論了Rg·NO團(tuán)簇及其離子性質(zhì)，以及Rg和NO相互

7、作用的情況。通過(guò)Ar·NO團(tuán)簇的光電離效率譜與NO光吸收譜、Ar原子共振躍遷的比較，發(fā)現(xiàn)在Ar電離能以下，NO對(duì)Ar·NO團(tuán)簇光電離效率譜特征起主導(dǎo)作用。觀測(cè)到Ar·NO團(tuán)簇的光電離效率譜能量12.0eV附近存在明顯的共振峰，這是因?yàn)镹O和Ar之間存在的能量轉(zhuǎn)移，使Ar原子激發(fā)能轉(zhuǎn)移到NO分子上，NO分子電離。隨著稀有氣體(Rg)質(zhì)荷比的增加，Rg極化率增加， Rg…NO距離增長(zhǎng)，Rg-N-O鍵角加大，Rg和NO相互作用增強(qiáng)，電離能呈下

8、降趨勢(shì)。 在第七章，利用超聲分子束技術(shù)、同步輻射和反射式飛行時(shí)間質(zhì)譜儀得到了Kr和Kr2的光電離質(zhì)譜和光電離效率譜，確定了Kr和Kr2的電離能。利用Gaussian-03程序中的MP2(Full)/6-31G*，OCISD/cc-pVTZ以及B3LYP/6-31G方法優(yōu)化了Kr2的結(jié)構(gòu)，計(jì)算了它們的振動(dòng)頻率和電離能，計(jì)算結(jié)果顯示：當(dāng)采用相同的理論水平和基組時(shí)，隨著Kr同位素質(zhì)荷比(m/z)的增大，它們結(jié)構(gòu)和電離能保持不變，而振動(dòng)

9、頻率逐漸變小。與此同時(shí)，用G2方法計(jì)算了Kr(84)和Kr2(168)的電離能，它們的電離能的理論值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合得比較好。 在第八章，利用真空紫外同步輻射研究了乙苯的光吸收譜、光電離效率譜和乙苯光電離解離產(chǎn)生主要碎片離了C7H7+的光電離效率譜，從實(shí)驗(yàn)上得到了乙苯電離能，碎片離子C7H7+的出現(xiàn)勢(shì)，并且利用經(jīng)驗(yàn)公式得到了產(chǎn)生C7H7+的離解能。并利用GAUSSIAN軟件采用MP2方法進(jìn)行了理論計(jì)算，得到了乙苯的電離能，C7H7