電子貼附解離動力學及高分辨成像譜儀研制.pdf

1、電子貼附解離分子產(chǎn)生負離子和中性碎片自由基，是大氣化學、星際化學、等離子體和生物電離輻射中重要的物理化學過程。利用負離子時間切片速度成像方法測量碎片負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)負離子的解離動力學?；谪撾x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)到復雜的多原子分子（CO2、乙醇、乙醛）的貼附解離動力學。
　　(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雜是當前的研究難點。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分子電子貼附解離過程非常重要。我們將負離子速度成像實驗和分子動力學計算相結(jié)合，對乙醇和乙醛分子的電子貼附解離動力學進行了比較研究。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)反應過程，其中瞬態(tài)乙醇負離子二次脫氫產(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)生于三體復合反應(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的新機理e-+CO2→O2+C-，負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)化設計的負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研究。我們得到CO2瞬態(tài)負離子的壽命約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)負離子的分子內(nèi)核運動。我們澄清了半個世紀以來關(guān)于這個共振態(tài)上CO2-解離動力學的學術(shù)爭議。