我所發展了基于大連相干光源的中性團簇紅外光譜實驗方法

  近日,分子反應動力學國家重點實驗室江凌研究員、楊學明院士、張東輝院士團隊,與清華大學李雋教授合作,在中性水團簇研究方面取得新進展,發展了基于大連相干光源的中性團簇紅外光譜實驗方法。

  團簇在能源催化和大氣霧霾等諸多化學過程中廣泛存在,團簇表征與性能研究對詮釋化學反應機理至關重要。目前,離子團簇研究居多,而中性團簇由于缺乏電荷、難于探測,相關實驗研究甚少,其瓶頸主要在于缺乏合適的紫外光源。2017年建成的大連相干光源,是目前世界上唯一工作在極紫外波段的自由電子激光用戶裝置,具有高亮度和脈沖時間特性,可以有效地實現單光子閾值電離,非常適合用于中性分子和團簇的高靈敏度和高時間分辨的探測和研究。

  鑒于上述情況,江凌和楊學明團隊,發展了基于大連相干光源的中性團簇紅外光譜實驗方法,用于質量選擇中性團簇的高靈敏探測、結構表征和性能研究。

  水是生命之源,水分子二聚體((H2O)2)是研究冰和液態水氫鍵作用機制的模型體系。然而,(H2O)2的紅外光譜指認仍然存在爭議。在本工作中,江凌和楊學明團隊利用自主研制的基于大連相干光源的中性團簇紅外光譜實驗站,對(H2O)2中性團簇展開了詳細的研究,發現了分辨較好的四組譜峰;張東輝團隊利用自行發展的全維勢能面動力學方法,計算了紅外譜圖,將這四組譜峰精確地指認為不同化學環境下的OH伸縮振動模式;李雋團隊利用分子軌道理論,剖析了成鍵特性,詮釋了OH伸縮振動的分布規律。這些研究結果有助于理解復雜體系的紅外光譜及結構特征。

  由于大連相干光源的波長范圍涵蓋了絕大多數中性分子和團簇的第一電離勢,因此,該工作為中性團簇結構與性能、催化反應中間體和自由基的探測、氣溶膠成核機制、生物分子表征等領域的前沿科學研究提供了新的策略。

  

  相關成果發表在《物理化學快報》(The Journal of Physical Chemistry Letters)上。該工作得到國家自然科學基金委動態化學前沿研究中心項目、中國科學院戰略性先導專項(B類)“能源化學轉化的本質與調控”﹑自然科學基金面上項目、我所大連相干光源專項基金等資助。(文/圖 江凌)

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