碘氧化物等对放电产生单重态氧的作用机理研究

The electric oxygen iodine laser (EOIL) preserves the advantages of conventional chemical oxygen iodine laser (COIL). In addition, the EOIL uses less hazardous material, performing with all gas phase material and having strong adaptive capability. It has been found in the development of EOIL that the yield of singlet delta oxygen can be improved significantly by adding nitric oxide gas into the main gas flow or coating HgO/iodine oxide on the inner wall of the flow tube. On the chemical mechanisms of the singlet delta oxygen yield improvement, however, there is a debate between two opposite opinions. This project will mainly study the improvement of singlet delta oxygen yield in radio frequency discharge by various forms of iodine oxides. In order to obtain the optimum iodine oxide corresponding to the highest singlet delta oxygen yield, the techniques for the iodine oxide vapor deposition will be optimized. In situ infrared spectroscopy technique will be used to obtain the form, color transfer temperature, molecular formula and structure. The number densities of singlet delta oxygen and atomic oxygen along the flow tube will be measured in the presence of iodine oxide coating. The chemical mechanisms for the effect of iodine oxides on discharge production of singlet delta oxygen can be determined by theoretical analysis of experimental data. The chemical kinetics model for the influence of iodine oxides on discharge production of singlet delta oxygen will be set up. The energy transfer process between iodine oxide and active oxygen will be discussed in detail by combination of chemical kinetics model with experimental data.

电激励氧碘激光器保留了传统氧碘化学激光器的优点，同时又具有原料安全性高、全气相运行、适应能力更强等特点。实验发现在主气流中添加NO气体或者在管壁内表面涂覆HgO、碘氧化物等可以大幅度提高单重态氧的产率。但是对于上述这些方法能有效提高单重态氧产率的内在化学反应机理，目前则存在着两种不同观点的争议。本项目重点针对各种形态碘氧化物对放电产生单重态氧的提高作用进行研究，对碘氧化物膜层的沉积工艺进行优化和筛选，得到对单重态氧产率提高作用最大的碘氧化物，并通过原位红外光谱等研究手段得到该碘氧化物的形态、颜色转变温度以及分子式和分子结构等；考察在碘氧化物衬层存在的条件下，单重态氧、氧原子等物种浓度沿着流动方向变化的实验数据曲线，通过理论分析判明碘氧化物等对放电产生单重态氧的作用机理；建立碘氧化物对放电产生单重态氧作用的化学反应动力学模型，结合实验结果，理论模拟分析碘氧化物和活性氧之间的反应传能本质。

电激励氧碘激光器保留了传统氧碘化学激光器的优点，同时又具有原料安全性高、全气相运行、适应能力更强等特点。实验发现在主气流中添加NO 气体或者在管壁内表面涂覆碘氧化物IxOy等可以大幅度提高单重态氧的产率。.采用化学反应气相沉积方法，在玻璃管内壁沉积了黄色的碘氧化物固体薄膜，实验发现这种制备好的黄色碘氧化物在真空条件下非常稳定，但吸水后会降低该碘氧化物的活性，因此需要隔绝水汽进行保存。实验还发现激发态粒子I2(B)可能参与了黄色碘氧化物的产生过程，黄色碘氧化物的产生区域与黄色I2(B-X)荧光区域基本是吻合的。鉴于氧原子在放电产生单重态氧过程中的重要性，我们还发展了一种用于测量氧原子浓度的滴定方法。.通过对氧气和碘蒸汽的流量之比、放电功率等条件进行优化组合，在20~30摄氏度的室温条件下，发现碘氧化物的最佳制备条件为：氧气流量与碘气流量之比大约为2:1~3:1，射频放电功率为50~90瓦。在室温条件下该黄色碘氧化物催化涂层是非常稳定的，随着温度的升高，该黄色碘氧化物在100~120摄氏度左右颜色开始变化，从黄色变化至棕色。.利用FTIR光谱实验测量了黄色碘氧化物的中远红外吸收光谱，观测到了明显的I=O双键和I-O单键伸缩振动，以及O-I=O结构中O-I单键的伸缩振动。项目还测量了黄色碘氧化物的X射线粉末衍射光谱（XRD），该样品的峰位置与I4O9﹒xH2O的XRD衍射峰位置非常相似。结合FTIR红外吸收光谱和X射线粉末衍射光谱（XRD），得到该黄色碘氧化物的分子式为I4O9，分子结构为I=O键和I-O键交错排列的周期性堆积结构。.项目考察了单重态氧和氧原子等物种粒子沿着气体流动方向的分布情况，建立了碘氧化物对单重态氧作用的化学反应动力学模型，揭示了碘氧化物和活性氧之间的反应本质在于碘氧化物对于氧原子的捕获作用。