飞秒时间分辨光电子成像研究溶剂化团簇负离子激发态动力学

Solvated clusters anions have been served as ideal micro-solvations for the studies of solvation effects and showed to be of fundamental importance in gaining a molecular-level understanding of solvent-controlled chemistry. The solvated clusters anions are generated by pulsed laser vaporization of metal target, and then are cooled by carrier gas with solvented molecules. Utilization of mass-selected, solvated clusters anions of specific composition and size are prepared.The ultrafast dynamics of excited states of these anions are then studied by femtosecond time-resolved photoelectron imaging. As for the metal anonic-containing solvated cluster anions, femtosecond time-resolved photoelectron imaging has been used to study the dynamics of the charge-transfer-to-solvent transition and solvent rearrangement. A fundamental understanding of electron solvation dynamics will be gained by comparing the results of different sizes and solvents. Solvation-induced photofragmentation dynamics will be studied for the metal clusters anomic-containing solvated cluster anions.The study of solvation-induced dynamics is important to construct a seamless description of matter as it evolves from gas to condensed phase as the number of solvent particles increases.

溶剂化团簇负离子为研究溶剂化效应提供了一种近似于理想的微溶剂模型，对于在分子水平上深入的理解溶剂对化学反应过程的调控作用具有重要的意义。本项目首先利用纳秒激光溅射金属靶材，并将载有溶剂分子的载气对溅射产物进行冷却，通过质量门选择技术，选择出特定尺寸的溶剂化团簇负离子。接着利用飞秒时间分辨的光电子成像技术对选择好的负离子体系的激发态动力学进行研究。 以金属原子负离子络合的溶剂化团簇负离子为模型，研究电荷由核心离子向溶剂分子转移的动力学特征及伴随的溶剂网络再分布过程，对比不同溶剂尺寸及溶剂种类下的实验结果形成溶剂尺寸、溶剂网络构型对上述过程影响的系统性认识。以金属团簇负离子络合的溶剂化团簇负离子为模型研究溶剂体系对解离过程以及解离产物间可能伴随的电荷转移的调控作用。通过上述研究加深对溶剂动力学过程的认识，为建立从气相向体相演化的完整认识提供重要的实验依据。

金属团簇及其负离子被视为研究物质特性从气相向体相演化过程中近似于理想的微观模型，对于在分子水平上深入地理解物质尺寸效应对化学反应过程的调控作用具有非常重要的意义。本项目首先利用纳秒激光溅射金属靶材，并将载有溅射产物的载气进行冷却，通过质量门选择技术，选择出特定尺寸的团簇负离子。接着利用光电子速度成像技术结合飞秒激光脱附手段对选择好的负离子体系的激发态动力学进行探测。本项目在自然科学基金委的资助下已经取得了一些重要进展。首先，搭建和调试完成了结合有飞秒激光脱附手段的用于研究负离子体系的光电子速度成像装置。并且基于上述自行研制的仪器，开展了下述工作：(1) 证实铜金属团簇负离子(Cu2-)外层轨道间的耦合现象的存在。利用光电子速度成像清晰的观测到了该体系由于s-p轨道耦合导致的相应的光电子角度分布的改变；(2) 针对理论上负离子多光子脱附过程中Wigner阈值定律的预测，在实验上通过银和铜负离子进行了准确的验证，并且与理论进行了对比，且获得了很好的吻合；(3) 利用多原子分子体系对上述仪器的超快时间分辨动力学性能研究进行初步标定研究，观测到了一些典型的分子内非绝热超快动力学过程。上述实验结果的获得以及相应的理论解释将被做为实验基础用于高精度的量子化学计算方法的发展，并最终应用于更加深刻地理解化学反应的本质。