近日，安徽光機(jī)所張為俊研究員團(tuán)隊(duì)在硫酸同步輻射光電離質(zhì)譜研究方面取得新進(jìn)展，相關(guān)成果以“硫酸分子真空紫外光電離的實(shí)驗(yàn)與理論研究”為題在線發(fā)表于英國皇家化學(xué)學(xué)會(huì)出版的化學(xué)類期刊Physical Chemistry Chemical Physics上(https://doi.org/10.1039/D1CP05237C)。
硫酸分子(H2SO4)具有飽和蒸汽壓低的特點(diǎn)，是大氣中新粒子生成的關(guān)鍵前驅(qū)物，在氣溶膠和云的形成過程扮演重要的角色。在新粒子成核初始過程中，氣相硫酸分子容易形成水合物，即一個(gè)或幾個(gè)硫酸分子與水分子之間通過氫鍵等相互作用力形成硫酸和水的分子團(tuán)簇，開展硫酸和硫酸-水分子團(tuán)簇的光譜和結(jié)構(gòu)研究對(duì)于揭示新粒子成核機(jī)理等具有重要意義。
課題組唐小鋒研究員和林曉曉助理研究員等人與法國SOLEIL實(shí)驗(yàn)室開展國際合作，通過分子束制備氣相硫酸分子和硫酸-水分子團(tuán)簇，以同步輻射光作為電離源，結(jié)合先進(jìn)的光電子光離子符合技術(shù)，獲得了硫酸分子和硫酸-水分子團(tuán)簇的光電離質(zhì)譜和高分辨閾值光電子譜。結(jié)合高精度的量子化學(xué)理論計(jì)算，對(duì)閾值光電子譜進(jìn)行了標(biāo)定，獲得了硫酸分子及其團(tuán)簇的電離能和振動(dòng)頻率等基本數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)信息。
結(jié)果表明，硫酸分子存在有順式和反式兩種轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)象體結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)象體的絕熱電離能分別為 11.684 ± 0.005 和 11.632 ± 0.006 eV，與高精度理論計(jì)算的結(jié)果吻合。同時(shí)，隨著光子能量的增加，硫酸分子離子會(huì)解離成HSO3+和OH碎片，實(shí)驗(yàn)上精確測(cè)量獲得碎片出現(xiàn)勢(shì)為eV，且通過熱化學(xué)循環(huán)獲得了H2SO4+和HSO3+的生成焓。硫酸-水分子團(tuán)簇的光譜和結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)還在進(jìn)一步分析之中。
本文研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、中科院國際合作重點(diǎn)項(xiàng)目和合肥大科學(xué)中心重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目課題的經(jīng)費(fèi)支持。
