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分子在吸收能量高于电离阈值(一般在10eV以上)光子之后可以被激发到超激发态,正负离子对解离是这种超激发态的一个比较特殊的退激发通道。通过探测正负离子对解离出来的负离子随光能量变化产额(即效率谱),可以获得价电子之间、价电子到里德堡态激发过程的大量信息以及分子解离化学键能量。离子对解离负离子效率谱实验,在实验方法上与光电离的电离效率谱的实验方法非常的相似,但是它的共振结构与光电离正离子效率谱有很大的不同。同步辐射提供一个能量带很宽、单色性好、能量可调谐的光源。基于合肥同步辐射实验室原子分子站,我们完成了对CO2负离子效率谱的测量。
我们通过对原有时间飞行(TOF)质谱计的简单改进,使其可以探测负离子,并测得了正负离子对解离O-效率谱(19.70-22.24eV)。我们将获得的解离效率谱图与文献谱图进行了比较,并通过理论计算对CO2+hv→CO++O-的解离动力学过程进行了讨论。
随后,我们进一步改进了系统的进样方式,使负离子的信噪比大大提高。在这个基础上,我们测量了CO2在17.40-20.00eV波段的离子对解离效率谱,并对谱图进行了标识,即Tanaka-Ogawa系列、Henning系列、(~C)2∑+g(CO2+)的振动基态和激发态系列。特别是收敛于(~C)2∑+g(CO2+)离子态振动基态的三个里德堡态系列npσu、npπu、nfu显示有较大的截面。
在国内,我们是首次利用合肥同步辐射完成了对CO2正负离子对的光解离研究,证实了对小分子正负离子对光解离实验研究方案的可行性。此工作也为利用正负离子对光解离效率谱进一步研究其它多原子分子的超激发态动力学,和发展阈值正负离子对谱实验方法奠定了基础。