氨质子化团簇的理论和实验研究

论文摘要

氢键团簇在基本的物理、化学和生物领域具有重要意义，近年来一直备受关注。氨分子中含有高电负性的N原子，它与水一样是可以形成氢键的小分子，因此氨团簇具有重要的研究价值。本文首先采用激光质谱法获得了355nm和532nm两种激光下的氨团簇多光子电离质谱信号，并对信号进行了分析。另外，考虑到目前关于氨质子化团簇的理论研究还很少，于是我们运用Gaussian 03W从头计算理论，采用考虑电子相关性的密度泛函B3LYP／6-31+G（d）方法对氨质子化团簇（NH3）nH+（n=1～9）的结构、稳定性和红外振动光谱进行了研究。论文的创新点和主要结论如下：1．首次在355nm波长的质谱图中发现了n=2～6的非质子化团簇离子信号，说明实验过程中存在AID（即先电离后解离）机制。2．得到了氨质子化团簇的稳定结构是质子与一个氨分子结合形成NH4+离子核，其它氨分子通过氢键形成氨链后与该离子核的四个氢以氢键结合。3．首次利用能量的二阶差分理论对氨质子化团簇的稳定性进行了研究，得到n=5时的结构可能为幻数结构，与文献中利用反射式飞行时间质谱仪得到的实验结果吻合。4．计算了质子化团簇中单个氨分子的平均束缚能，发现它随团簇尺寸的增大而减小。5．计算了能量最低的中性氨团簇的质子亲和能，发现该能量随团簇尺寸的增大而增大。6．通过对n=1～9的氨团簇最稳定结构的振动光谱分析发现，光谱中的最强峰均来自于NH4+核中N-H键的反对称伸缩振动（n=2除外）。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 综述
• 1.1 课题的研究目的和意义
• 1.1.1 氨的理化性质及危害
• 1.1.2 团簇简介
• 1.2 国内国际的研究现状
• 1.3 本文概述
• 第二章 实验方法及装置
• 2.1 实验原理
• 2.1.1 共振增强多光子电离（REMPI）
• 2.1.2 飞行时间质谱技术（TOF-MS）
• 2.2 实验装置
• 2.2.1 实验装置的组成
• 2.2.2 实验过程中的时序匹配
• 2.2.3 飞行时间质谱仪的特点
• 第三章 理论计算方法
• 3.1 量子化学的基本理论及发展历程
• 3.2 Gaussian程序简介
• 3.2.1 主要功能
• 3.2.2 计算方法
• 3.2.3 基组的选择
• 3.2.4 Gaussian在团簇研究中的应用
• 第四章 氨团簇的多光子电离质谱研究
• 4.1 实验装置
• 4.2 实验过程
• 4.3 实验结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 氨质子化团簇的结构和红外振动光谱
• 5.1 氨质子化团簇的结构
• 5.1.1 氨质子化团簇的稳定构型和能量
• 5.1.2 氨质子化团簇的稳定性研究
• 5.1.3 中性氨团簇的质子亲和能
• 5.2 氨质子化团簇的红外振动光谱
• 5.2.1 红外振动光谱的产生
• 5.2.2 氨质子化团簇最稳定结构的红外振动光谱
• 5.3 本章小结
• 第六章 全文总结
• 参考文献
• 硕士期间的研究成果及发表的学术论文
• 致谢