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氟利昂F113分子在飞秒激光作用下的多光子电离解离动力学

刘玉柱 陈云云 郑改革 金峰 Gregor Knopp

氟利昂F113分子在飞秒激光作用下的多光子电离解离动力学

刘玉柱, 陈云云, 郑改革, 金峰, Gregor Knopp
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  • 大气臭氧层因吸收太阳紫外光, 是人类必不可少的保护伞. 氟利昂在太阳光辐射下解离生成破坏臭氧的游离态氯原子, 是破坏大气臭氧层的主要元凶之一. 本文利用飞行时间质谱技术和离子速度成像技术研究了氟利昂F113(三氟三氯乙烷)分子在800 nm 飞秒光作用下的多光子电离解离动力学. 利用飞行时间质谱探测技术, 得到了三氟三氯乙烷在该波长飞秒激光作用下发生多光子电离解离产生的碎片质谱. 通过荷质比对碎片质谱进行了详细的标定和分析. 在质谱上未发现母体离子, 所有观察到的离子都是由于激光脉冲作用下产生的碎片. 三个最主要的碎片离子是CFCl2+, CF2Cl+, C2F3Cl2+. 通过飞行时间质谱标定, 发现并归属了多个解离通道. 三个主要的解离机理分别为: 1) C-Cl键断裂直接生产氯自由基的通道C2F3Cl3+→C2F3Cl2++Cl; 2) C--C键断裂C2F3Cl3+→CFCl2++CF2Cl; 3) C--C键断裂C2F3Cl3+→CF2Cl++CFCl2. 利用离子速度成像技术对这三个主要通道产生的碎片离子进行成像, 得到了C2F3Cl2+, CFCl2+和CF2Cl+离子的速度影像. 由C--Cl键断裂产生的碎片离子C2F3Cl2^{+}的速度分布由两个高斯分布曲线拟合, 而由C--C键断裂产生的碎片离子CFCl2+和CF2Cl+可以用一个高斯曲线拟合. 通过影像分析得到了解离碎片的平动能分布和角向分布各向异性参数等详尽的动力学信息. 结合高精度密度泛函理论计算对解离动力学进行了进一步的分析和讨论.深入认识氟利昂的解离动力学可为进一步控制破坏臭氧层提供理论参考和实验依据.
      通信作者: 刘玉柱, yuzhu.liu@gmail.com
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 11304157)和江苏省六大人才高峰高层次人才项目(批准号: JNHB-011)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-11-05
  • 修回日期:  2015-12-10
  • 刊出日期:  2016-03-05

氟利昂F113分子在飞秒激光作用下的多光子电离解离动力学

  • 1. 南京信息工程大学物理与光电工程学院, 南京 210044;
  • 2. 江苏省大气环境与装备技术协同创新中心, 南京 210044;
  • 3. C. Eugene Benett Department of Chemistry, West Virginia University, Morgantown, WV 26506, USA;
  • 4. Paul Scherrer Institute, Villigen 5232, Switzerland
  • 通信作者: 刘玉柱, yuzhu.liu@gmail.com
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 11304157)和江苏省六大人才高峰高层次人才项目(批准号: JNHB-011)资助的课题.

摘要: 大气臭氧层因吸收太阳紫外光, 是人类必不可少的保护伞. 氟利昂在太阳光辐射下解离生成破坏臭氧的游离态氯原子, 是破坏大气臭氧层的主要元凶之一. 本文利用飞行时间质谱技术和离子速度成像技术研究了氟利昂F113(三氟三氯乙烷)分子在800 nm 飞秒光作用下的多光子电离解离动力学. 利用飞行时间质谱探测技术, 得到了三氟三氯乙烷在该波长飞秒激光作用下发生多光子电离解离产生的碎片质谱. 通过荷质比对碎片质谱进行了详细的标定和分析. 在质谱上未发现母体离子, 所有观察到的离子都是由于激光脉冲作用下产生的碎片. 三个最主要的碎片离子是CFCl2+, CF2Cl+, C2F3Cl2+. 通过飞行时间质谱标定, 发现并归属了多个解离通道. 三个主要的解离机理分别为: 1) C-Cl键断裂直接生产氯自由基的通道C2F3Cl3+→C2F3Cl2++Cl; 2) C--C键断裂C2F3Cl3+→CFCl2++CF2Cl; 3) C--C键断裂C2F3Cl3+→CF2Cl++CFCl2. 利用离子速度成像技术对这三个主要通道产生的碎片离子进行成像, 得到了C2F3Cl2+, CFCl2+和CF2Cl+离子的速度影像. 由C--Cl键断裂产生的碎片离子C2F3Cl2^{+}的速度分布由两个高斯分布曲线拟合, 而由C--C键断裂产生的碎片离子CFCl2+和CF2Cl+可以用一个高斯曲线拟合. 通过影像分析得到了解离碎片的平动能分布和角向分布各向异性参数等详尽的动力学信息. 结合高精度密度泛函理论计算对解离动力学进行了进一步的分析和讨论.深入认识氟利昂的解离动力学可为进一步控制破坏臭氧层提供理论参考和实验依据.

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