飞秒时间分辨光离子影像研究氢键团簇的光电离-分子间质子转移

Hydrogen-bonding molecular systems play a key role in chemistry and biology. On photoionization of such hydrogen-bonded systems, the protonated species dominate in the mass spectra. The protonated species suggest proton transfer occurs before the dissociation induced by the photoionization. Despite extensive studies, the early-time structural dynamics of the nascent parent ions during proton transfer remain elusive due to experimental challenges of racking intermolecular proton motions. In this project, femtosecond time-resolved photoion spectrum and photoion imaging is used to monitor the intermolecular proton movement in real time from the time zero defined by photoionizaiton. The studies of several hydrogen-bonded dimer will shed crucial insights into the multidimensional dynamics of the intermolecular proton transfer induced by photoionization and answer the question why the protonated species dominate the mass spectra.

依靠氢键相互作用结合在一起的分子体系，在化学和生物学中起着重要作用。这类体系的光电离解离产物几乎都是以质子化离子碎片的形式存在。这种质子化产物暗示着质子转移在离子解离之前的“早期”动力学过程中起着重要作用。目前，人们对这一“早期”动力学过程知之甚少。本项目拟利用飞秒时间分辨的光电离能谱和光离子影像方法实时追踪光电离-分子间质子转移过程。通过对几个小分子形成的二聚体的研究，详细分析质子转移动力学的影响因素，以期解答为什么氢键体系在光电离-解离过程中更容易形成质子化离子的“谜题”。

在氢键体系中，氢键相互作用以及外界环境对氢键体系的外部刺激对涉及的质子转移等超快光物理和光化学过程具有深刻影响。本项目结合多种时间分辨实验技术和理论计算方法,利用飞秒时间分辨光电子影像、飞秒时间分辨离子成像、瞬态吸收光谱技术结合理论计算，开展了氢键体系中质子转移和双质子转移等超快过程等对光诱导氢键激发态动力学的影响，深入讨论和分析了分子极性、取代基及其位置对氢键体系中分子内/分子间氢键相互作用下的结构、寿命和质子转移方向等的制约，进而揭示上述氢键体系中质子转移动力学机理，为进一步认识、解释和研究相关现象提供了研究支持。