研究方向

课题组专注于反应中间体、自由基、原子或分子团簇的光谱研究。主要使用基质隔离红外吸收光谱和质量选择的红外光解离光谱,并结合计算化学,来探测包括分子结构、电子态以及参与化学反应等信息。

基质隔离

基质隔离(Matrix Isolation)技术最早于1945年由Pimentel教授提出。其基本原理是在接近绝度零度(4K – 20K)的低温条件下,利用大量的惰性基质(如稀有气体,N2等)将捕获的一些中间体和自由基等活性物质(又称客体分子)冷冻在低温基片上。由于低温下惰性气体凝固成刚性晶体,少量客体分子束缚其中,加之反应活性降低,可以长期保存下来。另外通过一定时间的沉积还可以集聚那些浓度较低或者光谱吸收截面小的分子以提高其探测效率,同时也使得使用稀有物种(同位素取代,特殊方法合成的前驱体)进行实验成为可能。傅里叶变换红外光谱结合基质隔离技术经常被用在表征固体基质中的瞬态分子。由于振动光谱与化学键关系密切,可以通过使用同位素取代来识别新的物质。

红外光解离光谱

红外吸收光谱是表征凝聚相体系的常用方法,而气相离子的传统红外吸收光谱研究则面临了灵敏度的问题。通常气相离子的数密度少于108/cm3,由于红外吸收光谱的灵敏度太低,不适用于气相离子的研究。随着质谱技术和可调谐激光技术的发展,红外光解离光谱(infrared photodissociation spectroscopy, IRPD)已发展成为一种功能强大的研究气相离子的重要方法。振动光谱可以为气相离子的研究提供丰富的结构信息,比如电荷的分布、判断包含的官能团、离子的结构和对称性、蛋白质中的二级结构和氢键等弱相互作用力。这些信息通常不能通过其它手段获得。气相中的离子光谱也为理论研究提供了真实的基准,促进了理论计算的发展,推进了通过理论方法预测真实的凝聚相体系的研究。

本实验装置包括离子源、直线式的串级飞行时间质谱和红外OPA/OPO系统三个部分,具体的实验装置如下图所示