二氧化碳等分子的高分辨低溫基質(zhì)隔離光譜研究.pdf

1、分子光譜學(xué)是一門重要的學(xué)科，它通過宏觀的光譜學(xué)實(shí)驗(yàn)幫助人們了解分子微觀的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，在化學(xué)、天文以及環(huán)境科學(xué)等研究領(lǐng)域都有著廣泛應(yīng)用。分子光譜學(xué)的許多研究內(nèi)容與人們的生活都息息相關(guān)，例如對大氣分子的研究可以幫助人們更好地了解溫室效應(yīng)各種途徑的機(jī)理，了解大氣分子光化學(xué)對臭氧層的作用，以及逐年增加的各種污染物排放對大氣的影響。另外隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)的改進(jìn)，人們可以更多地模擬天文環(huán)境下(低溫)的氣體光譜，且由此發(fā)展了一套可以進(jìn)行相互作用乃至動力學(xué)研

2、究的實(shí)驗(yàn)手段--低溫基質(zhì)隔離光譜技術(shù)。本論文的主要工作即為為二氧化碳等分子的高分辨低溫基質(zhì)隔離光譜研究，我們在理論上對二氧化碳等分子間的微觀相互作用進(jìn)行了計(jì)算模擬，其結(jié)果可以用來對實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的高分辨低溫基質(zhì)隔離光譜實(shí)驗(yàn)進(jìn)行理論上的解釋或探討。另外，作為本實(shí)驗(yàn)室的傳統(tǒng)研究內(nèi)容之一，我們還對氧化亞氮同位素分子的氣態(tài)光譜進(jìn)行了分析，該結(jié)果將有助于完善現(xiàn)有的光譜數(shù)據(jù)庫，并且?guī)椭拚F(xiàn)有的有效哈密頓量模型中的部分參數(shù)。
　　 在第一章中我

3、們首先對簡單線性分子紅外的(振轉(zhuǎn))光譜的原理進(jìn)行簡單介紹，這也是我們在第二二章中所介紹工作的理論基礎(chǔ)；另外，對于基質(zhì)隔離光譜技術(shù)也進(jìn)行了簡單的介紹，這與論文第三、四章的工作息息相關(guān)。
　　 第二章里我們探測并分析了15N216O同位素分子在1650-3450 cm-1波段中的紅外傅里葉變換光譜，得到了73個(gè)譜帶的7743根躍遷譜線并通過擬合得到了它們的光譜參數(shù)。相對于另外三種同位索14N216O、15N14N16O和14N15N

4、16O來說，15N216O譜線的預(yù)測值與觀測值問的誤差要大很多，位置誤差在－0.65～0.7cm-1之間，這表明15N216O目前的有效哈密頓量模型仍然缺乏一些重要的參數(shù)，這也有待于更多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來補(bǔ)充和完善。
　　 第三章我們首先簡要介紹了冉翃等人通過理論計(jì)算研究CO2－H2相互作用的基本方法，并以此為基礎(chǔ)構(gòu)建了CO2分子在12個(gè)H2分子包圍下(hcp或fcc晶格中)的勢能而情況，以此勢能面所展開的討論則在第四章中介紹；另外，

5、對于H2O…CH3OH這樣一個(gè)典型的體系(各自的分布較廣，相互作用較強(qiáng)，氫鍵體系)，我們使用從頭算方法分析了它的各個(gè)振動模式以及相互作用所引起的頻率變化，與實(shí)驗(yàn)的比對我們更多引用的是低溫基質(zhì)隔離光譜所測得的數(shù)據(jù)，并取得較好的一致性，這也給使用低溫基質(zhì)隔離光譜研究類似的相互作用體系提供了一個(gè)實(shí)例上的支持。更多更細(xì)致的工作則有待進(jìn)一步開展。
　　 第四章中我們探測了CO2分子在仲氫基質(zhì)中的一系列紅外光譜，得到了很豐富的v3譜帶結(jié)構(gòu)。

6、為了解釋這些結(jié)構(gòu)，我們通過一系列實(shí)驗(yàn)手段(包括同位索取代實(shí)驗(yàn)、“退火”處理以及變化CO2和O2等分子的濃度等)和理論計(jì)算(即第二章所介紹的勢能面模擬)進(jìn)行了探討。我們的結(jié)論是較大的譜帶分裂是由于CO2分子所處的環(huán)境(主要為晶格效應(yīng)所造成的能級分裂)造成的，而更精細(xì)的譜線結(jié)構(gòu)則是由于CO2分子周圍的正氫分子的影響(正仲氫交換效應(yīng))，且其講線可以根據(jù)最近鄰的正氫分了的個(gè)數(shù)1，2，3...……進(jìn)行歸屬。針對不同的體系，類似的實(shí)驗(yàn)和理論工作仍在