选尺寸金属团簇负离子的超快动力学研究

金属团簇具有有别于体相材料的高催化活性等特殊性质，在纳米新材料制备中起到重要作用。团簇在孤立的气相分子和体相材料之间起到桥梁的作用,随着尺寸的增大，团簇由孤立分子体系向体相转变，团簇的电子能级结构和构型会发生显著的变化；气体分子在金属团簇上的吸附会影响和改变团簇的能级结构和构型。我们将采用光电子成像的方法研究选质量金属团簇负离子的电子能级结构及激发态核运动实时过程。用纳秒激光溅射金属固体靶产生团簇，利用质量门技术实现团簇负离子的大小选择；用纳秒光电子成像研究团簇负离子的电子能级结构和构型随团簇尺寸的变化过程；用飞秒时间分辨的光电子成像研究团簇负离子的激发态快速驰豫过程随团簇尺寸的变化过程；用载气分子束和团簇碰撞形成气体分子-团簇复合体，研究气体小分子的吸附对不同大小的团簇的电子能级结构和构型以及激发态驰豫过程的影响。

金属团簇具有有别于体相材料的高催化活性等特殊性质，在纳米新材料制备中起到重要作用。团簇在孤立的气相分子和体相材料之间起到桥梁的作用,随着尺寸的增大，团簇由孤立分子体系向体相转变，团簇的电子能级结构和构型会发生显著的变化；气体分子在金属团簇上的吸附会影响和改变团簇的能级结构和构型。我们采用纳秒激光溅射金属固体靶产生团簇，并利用电场质量门技术实现了对不同团簇负离子的质量大小选择。我们采用光电子成像技术研究团簇负离子的电子能级结构和构型随团簇尺寸的变化过程。通过分析实验获得的团簇负离子的光电离产生的光电子成像结果，单光子光脱附和双光子脱附涉及不同的离子实的原子轨道。以Cu-为例，双光子光脱附通道的光电子角度分布随激光波长出现剧烈的变化。通过低阶微扰理论和实验结果对比分析，Cu-的双光子脱附产生的光电子角度分布特征可以归结于脱附过程中Cu- 的s和d 轨道波函数之间干涉效应。通过分析光电子角度分布特征，获得了不同波长下s和d 轨道波函数对双光子脱附过程的贡献，该结果符合Wigner 阈值理论的预期；对于Cu-离子，光电子角度分布与波长无关，而对于Cu2-离子，单光子脱附过程产生的光电子角度分布强烈依赖于光子能量；在波长从532nm增加到817nm过程中，Cu2-单光子脱附产生的光电子角度分布从平行于激光偏振方向变化到垂直于激光偏振方向。结合模型分析，从不同波长下各向异性参数可以获得Cu2-离子在不同波长下s,p,d不同原子轨道在光脱附过程中的相对贡献，随着光子能量的增加，p轨道的贡献逐渐增大而s轨道则相应减小，并因此导致光电子角度分布的剧烈变化。这个现象在Ag-及Ag2-体系的双光子及三光子脱附过程中同样存在。这表明，随着团簇尺寸的增大，团簇的电子能级结构和构型会发生显著的变化。对于同一族的Cu、Ag、Au同一族的三个金属样品体，从脱附光电子的角度分布信息中可以得出，在dimer中由于两个原子的S轨道相互作用，从而导致束缚电子的轨道性质发生明显的变化。采用载气分子束和团簇碰撞形成气体分子-团簇复合体，系统地实验研究了甲醇分子与该族金属团簇负离子形成的结合物的光电离过程，发现吸附甲醇CH3OH分子后，光电子的束缚轨道发生了明显改变。