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分子和原子是组成物质的基本单元,它们同时也是物质结构从微观过渡到宏观的桥梁。分子、原子与信息、材料、生命科学和医学等都密切相关且在这些方面有着重要的应用,因此从微观上研究物质的结构和光谱特性具有重要的意义。对分子的光谱进行研究是了解其结构的重要途径之一。激光多光子电离技术是一种较为简便的研究分子光谱结构及其与光相互作用的方法。通过对已知物质的分子光谱进行分析就可以得到分子光谱与分子结构间的关系。对于物质的研究都是从简单到复杂进行的,苯胺是最简单的一种芳香胺,研究苯胺的分子结构和其光谱可以系统的掌握研究物质结构的方法,并对研究更复杂的物质具有重要意义。
本文利用脉冲分子束技术结合多光子电离技术从实验上得到了苯胺的共振双光子电离光谱,结合量化计算,对光谱进行了分析研究,同时得到了苯胺分子在基态和第一电子激发态的结构方面的信息。(1)在本文的计算中,得到了关于苯胺分子结构信息并以此来帮助分析实验所得的光谱数据。应用Gaussian03程序,利用abinitio及密度泛函(DFT)方法对苯胺分子的基态和第一电子激发态进行结构优化和频率分析,得到其稳定的结构。并在此构型上计算了分子的激发能、电离能和振动频率等相关数据,分析了分子轨道和自然键轨道。从理论上探讨了苯胺分子由基态到第一电子激发态的电子转移过程,结果显示,来自氨基氮原子上的一个电子从对应的孤对电子轨道激发到苯环的反键轨道上。(2)多数芳香族分子的第一电子激发态在紫外区,所以应用在200nm-400nm范围的UV激光,可以实现分子的共振激发和电离。分子首先通过共振吸收单个光子而被激发至电子激发态,处于激发态的分子再吸收另外一个光子而被电离。扫描激发激光,即可获得分子电子激发态的光谱。在本文的实验中,结合超声速脉冲分子技术和飞行时间质谱仪,研究了苯胺分子的单色和双色共振双光子电离光谱,分别得到了苯胺的激发能和电离能的实验值。从苯胺中性分子激发态的光谱中观测到对应S1←S0跃迁的0-0带出现在293.86nm(34029cm-1)处,并测得对应S1态的若干振动模和来自S0态的热带。为了对S1态的振动模进行标定,分别在HF/6-31+G(d,p)和CIS/6-31+G(d,p)基组水平上对苯胺在S0态的构型进行优化和在S1态对其振动频率进行分析计算,理论与实验相结合,对光谱中出现的大部分振动模式给予了标定,并给出了振动模式的描述。