N2-H2O和O2-H2O复合物的中红外激光光谱研究

水分子和其他大气分子的复合物在大气辐射平衡和大气化学中具有潜在的重要作用。本项目拟利用高分辨、高灵敏的超声喷射中红外二极管激光吸收光谱技术，分别在H2O、HDO和D2O的弯曲振动模附近测量N2-H2O/HDO/D2O和O2-H2O/HDO/D2O等复合物的振动转动光谱，探索分析含自由内转动开壳层复合物振动转动光谱的有效方法，精确确定这些复合物的光谱常数和结构参数，研究分子内振动激发对复合物内分子间相互作用和隧道贯穿动力学的影响，揭示N2、O2分子与H2O分子之间的相互作用特征，为准确评估N2-H2O和O2-H2O复合物在大气辐射平衡中的作用提供高精度的光谱数据。

水分子和其他大气分子形成的范德瓦尔斯复合物在大气辐射平衡和大气化学中具有潜在的重要作用。由于水分子在复合物内部的大幅度运动，含水复合物的能级通常会发生分裂，造成光谱分析上的困难。本项目利用高分辨、 高灵敏的超声喷射中红外二极管激光吸收光谱技术，测量和分析了X–D2O 和 X–H2O（X = Ne，Ar，Kr，N2，CO，O2，CO2 和 N2O）等含水分子的复合物和O2-N2O开壳层复合物的振动转动光谱，精确确定了这些复合物的振动谱带的带心位置、转动常数、离心畸变常数、微扰相互常数等分子参数，研究了振动激发对复合物的结构、分子间相互作用强度、能级分裂大小的影响。本项目测量和分析了甲酸二聚体的振动转动光谱，观测到了双质子转移引起的隧道贯穿能级分裂，发现振动激发态上的隧道贯穿能级分裂存在反常现象。这些光谱数据和分子参数可以用来检验各种理论计算方法，为大气辐射平衡模型提供高精度的跃迁频率。和国内外的同行合作计算了Rg-CS2（Rg=He，Ne，Ar）复合物的高精度分子间势能面和振动转动能级，分析了具有CH3基团内转动的DCOOCH3分子的微波、亚毫米波和THz光谱。本项目研制了50mm和80mm长的脉冲狭缝超声喷嘴和6～7um波段的脉冲外腔量子级联激光器，发展了基于连续分布反馈式量子级联激光器的多步快速扫描脉冲分子束红外吸收光谱测量方法。本项目已在Journal of Chemical Physics, Journal of Molecular Spectroscopy, Astronomy and Astrophysics和Chinese Physics B等学术期刊上发表论文7篇，培养了3名博士和7名硕士。