极端条件分子间作用力的高分辨拉曼光谱原位在线研究

Intermolecular interactions is a very important action force. In this proposal, low temperature matrix isolation-High resolution polarized Raman spectroscopy, fused silica capillary cell-High resolution polarized Raman spectroscopy, combined with density functional theory (DFT) are applied to study non-coincidence effect, concentration effect, solvent effect and aggregation structures of the specific molecular such as CO2，SO2，CS2，acetone, ethanol，H2O，various hydrocarbon and amino acid. Summarizes the relationship between Raman structural marker characteristics such as NCE or peak shift and the different molecular environment. On the basis of this fundamental data we can investigate and explore the structure of all kinds of hydrate and metal organic clusters. This proposal intends to provide the High resolution polarized Raman spectroscopy as a powerful in-situ detection tool for the research of weak interactions in the self-assemble systems. Hope that this research will pave the way for the development of vibrational spectra detection on weak interaction，especially for the exploration of the molecular structures and properties under deep depth of sea and the extremely low temperature of out space.

本项目运用低温基质隔离-高分辨偏正拉曼光谱技术和石英毛细管高压池-高分辨偏正拉曼光谱技术，结合密度泛函理论(DFT)对目标分子的非重合效应以及聚集态结构进行研究。通过对二氧化碳，二氧化硫，二硫化碳，丙酮，乙醇，水，烃类等简单分子及混合物的特定特征振动模的浓度效应、非重合(NCE)效应和溶剂效应的研究，建立不同环境条件下的分子结构与拉曼信号标记之间的联系，并以此为基础对一些水合物和金属离子簇合物进行研究和探索。通过本项目研究，希望为聚集体分子间弱相互作用的表征和振动光谱的发展引入新的研究思路和手段，为深海发展和太空探索等极端环境研究构筑基础数据。

本项目通过对二十多种有机小分子的极性键振动的特征频率在不同浓度、不同属性溶剂、不同温度及压力时的环境变量下的变化，研究分子间作用的变化。对酮类分子，羧酸类及酸酐类分子，C=S和S=O类分子，C-N,C-O类分子以及N=C=S等的极性键的伸缩振动的频率在偏振拉曼光谱中发生分裂的特征(非重合效应），研究非重合效应与浓度、溶剂极性、温度和压力之间的规律，总结得到聚集诱导光谱分裂理论。根据分子间作用性质，以氢键为标准把二元混合物进行分类，对溶质-溶剂间以及溶质-溶质间能形成氢键簇合物结构的体系，利用偏振拉曼光谱的频率特征及频率差AIS值，可以测定簇合物结构。发展得到的该测定方法有望应用于生物分子水合物的结构测定以及有机分子的溶液结构测定。通过该项目的研究，对二元混合物溶液结构，溶液相的分子间作用，以及有机分子的振动光谱有了新的基础性认识。