基于时间切片离子成像技术的SO2/SO2+态-态光解动力学

The photochemistry of SO2/SO2+ plays an important role in the study of combustion chemistry, atmospheric chemistry and interstellar chemistry. The study of SO2/SO2+ photodissociation and its mechanism at the level of potential energy surfaces and wavefunctions is of great significance to the composition and its evolution of early atmospheric, the great oxygenation event in earth’s atmosphere and environmental problems such as haze. However, numerous challenges on photodissociation dynamics at the state-state resolution level still exist because of the effect of some negative factors, such as the complex structure of its electronic states, the difficulty in preparing parent ions and the low resolution of experimental instruments. This project intends to combine the resonance-enhanced multi-photon ionization technique with the high-resolution time-sliced ion velocity map imaging technique to study the photodissociation dynamics of the selected excitation of the SO2/SO2+ initial states. The speed, spatial angle distribution information of photolysis products will be obtained through the precision measurement in single quantum state. The electronic state symmetry and their interaction, transition state spectrum and dynamics information will be analyzed via the high accuracy the quantitative calculation. Finally, quantum control of laser field on photodissociation dynamics can be realized by the exploration of the impact of laser wavelength, the polarization of pump-probe lasers and vibrational mode selectivity on the process of photodissociation.

SO2/SO2+的光化学过程在燃烧化学、大气化学和星际化学中扮演着重要角色，在势能面和波函数层次上研究SO2/SO2+光解离过程与机制对早期大气成分及其演化、古代大气氧化事件以及雾霾等环境问题的治理上具有重要的意义。然而，由于其电子态结构复杂、母体离子难以制备以及实验仪器分辨率较低等因素的影响，导致其在态-态层次上的光解动力学研究尚存在诸多难题。本项目拟采用共振增强多光子电离技术与高分辨的时间切片离子成像技术相结合的方法，开展SO2/SO2+不同初始态选择激发的光解动力学研究。通过对光解产物单量子态分辨的精密测量，获得光解产物速度分布和空间角分布信息；结合高精度的量化计算，分析电子态对称性、电子态间相互作用以及反应过渡态等光谱与动力学信息；探索激光波长、激发-探测激光偏振构型以及振动模式激发对解离过程的影响机制，最终实现激光场对SO2/SO2+体系解离过程的量子调控。

二氧化硫(SO2)是地球大气中的一个重要物种，在太阳系其他行星和卫星的大气中也发现了这种分子。SO2分子光化学与古代岩石样本中发现的硫质量独立分馏(S-MIF)有关，对早期地球大气中所发生的大氧化事件有重要意义。项目执行期间，利用自主搭建的高分辨时间切片离子成像装置，极大地提高了产物的空间分辨率；利用该实验装置，开展了SO2分子C态光解离动力学研究，通过测量光解产物速度分布和空间角分布信息并结合理论计算，对吸收谱进行了归属和标识并发现了解离产物分布对光解波长的依赖关系；对SO2+的第三谱带进行了光解离动力学实验研究，根据实验结果分析得到了离子激发态微观解离机制以及电子态对称性信息；我们还对另一含硫小分子OCS开展了光解离动力学研究，通过对光碎片S(1D2)的角动量极化特性分析，发现了一种新的解离通道，即来自于单重排斥态A(21A′)的直接解离；我们还开展了含锕双原子分子高分辨光谱研究，获得了含锕分子的精细电子结构及成键特征；此外，我们还开展了C540A激发态动力学研究，阐明了其中的电子\电荷转移微观动力学机制。通过本项目的实施，进一步发展了分子单量子态选择与超高分辨的时间切片离子成像技术，为化学反应的精准量子调控积累了经验。