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含时波包法研究H（D）+HAu（DAu）反应的动力学特征

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含时波包法研究H（D）+HAu（DAu）反应的动力学特征

作者：麻晓秦山西师范大学

学位级别：硕士

分子反应动力学是一门研究微观层面上的反应的化学学科,人们可以通过研究反应的分子动力学特征,来帮助我们了解反应更多的微观信息,例如反应机理。近些年来,分子反应动力学发展迅速,不仅在实验方面而且还在理论方面都获得很多的科研成... 详细信息

分子反应动力学是一门研究微观层面上的反应的化学学科,人们可以通过研究反应的分子动力学特征,来帮助我们了解反应更多的微观信息,例如反应机理。近些年来,分子反应动力学发展迅速,不仅在实验方面而且还在理论方面都获得很多的科研成果。在理论方面,在许多的计算方法中,含时波包法尤为运用广泛,含时波包法物理概念简单直接,物理图像清晰,兼有经典的直观性和量子力学的准确性。势能面是进行理论计算的基础和前提,在计算之前应该选用一个精确的势能面。本次工作分为以下三个部分。我们分别在Zanchet等人构建的基态势能面(2 A’)和Yuan构建的基态势能面对H+HAu→Au+H/H+Au H反应进行了含时波包计算以及研究了在Yuan PES上同位素效应对反应的影响。为了研究标题反应的机理,我们在Zanchet等人构建的势能面(2 A’)计算了反应几率、积分截面、微分截面以及产物的振转分布。在反应几率和积分截面曲线上由于H+HAu→Au+H是放热反应,所以曲线上没有阈值,并且反应几率和积分截面曲线的值随着碰撞能的增加先增加而后减小;而由于H+HAu→Au H+H反应的反应物和生成物的势能值相等,同样在反应几率和积分截面曲线上没有阈值,曲线的趋势和H+HAu→Au+H反应一样。微分截面结果表明,在反应H+HAu→Au+H中,直接反应机理占主导地位,而间接机理在反应H+HAu→Au H+H中起主要作用。在产物分子的振转分布曲线上,H+HAu→Au+H反应,碰撞能可以很有效地转化为产物H分子的振动能和转动能;但是,在反应H+HAu→Au H+H中,碰撞能可以有效地转化为产物的转动能,但转化为振动能的效率并不高。我们还选用了最新的势能面—Yuan势能面研究了H+HAu反应。因为Yuan势能面上的势阱深度要比Zanchet势能面上的势阱深度深,在Yuan势能面上的反应几率、积分截面的数值上要小于Zanchet势能面上的值。在低碰撞能区域,积分截面值差值最大,说明势阱深度在低碰撞能区域对积分截面值影响很大,证明了势能面的微小差别对动力学结果产生很大影响。但在微分截面和振转分布曲线上,我们得到和H+HAu反应在Zanchet势能面上相同的结论,说明势能面的势阱深度和放热差别不会影响反应机理。在Yuan势能面上采用含时波包法研究D+DAu反应的动力学特征,发现同位素效应在低碰撞能区域对反应几率有所影响,而在较高碰撞能区域对反应的反应几率几乎没有明显的影响。随着总角动量子数的增加,H+HAu反应的阈值增加的速度要快于D+DAu反应,因为D+Au D体系的离心势能小于H+Au H体系的离心势能。而D+DAu反应的积分截面的值要略小于H+HAu反应的积分截面值,这可能是因为由于D原子的质量要大于H原子,需要更多的能量来发生有效碰撞,由此我们得出了同位素效应稍微降低了反应活性。在微分截面和振转分布曲线上,我们得到和H+HAu反应相同的结论,证明了同位素效应不会影响反应机理。

关键词：反应动力学含时波包法积分截面微分截面同位素效应

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含时波包法研究小分子的光解离动力学

含时波包法研究小分子的光解离动力学

作者：蔡爱敏山东师范大学

学位级别：硕士

含时波包方法作为物理化学的重要分支,在研究分子反应散射时已经被证明是一种非常有效的方法,其理论框架在分子物理和场与物质相互作用等研究领域也有着广泛的应用。含时波包法有许多优点,除了数值计算上的高效率外,该方法还为动力学提... 详细信息

含时波包方法作为物理化学的重要分支,在研究分子反应散射时已经被证明是一种非常有效的方法,其理论框架在分子物理和场与物质相互作用等研究领域也有着广泛的应用。含时波包法有许多优点,除了数值计算上的高效率外,该方法还为动力学提供了物理意义明确而直观的图像,它既具有经典的直观,又不乏量子力学的准确,因此含时波包方法被广泛地应用于光解动力学研究中。光解反应动力学是光化学的一部分,也是分子反应动力学的一个重要分支。而在光解理论方面,光吸收截面一直被人们所关注。本论文主要是基于Born-Oppenheimer近似,应用含时波包动力学方法研究了小分子——IBr分子的光解过程,计算了IBr分子各个电子态的吸收截面并得到了相应的吸收谱。讨论了不同的时间传播方法对吸收谱的影响,研究了在选取不同的振动态作为初始波包时吸收谱的变化。主要的研究内容和结果如下: 本文首先在绝热近似下,利用Chebyshev多项式展开方法作为时间传播方案计算得到了与实验值相符的IBr分子各个电子态的吸收截面;其次利用分裂算符-傅立叶变换方案研究了电子态C态的光吸收截面,并与利用Chebyshev多项式展开方法作为时间传播方案得到的结果进行比较,以得出两种不同的时间传播方案对IBr分子光吸收截面的影响。结果表明这两种时间传播方案对总的光吸收截面的计算是等效的;最后为了研究不同的初始波包对光吸收截面的影响,以电子态C态作为研究对象,选取了三个不同的振动态作为初始波包进行了光吸收截面的计算并得到了与经典理论相吻合的结果。本论文分为五章。第一章为综述,主要介绍了分子反应动力学的基本理论方法和波包的概念以及波包动力学的发展。第二章介绍了光解离动力学的发展和意义以及光解离的类型。第三章介绍了研究光吸收截面所用到基本理论和方法。第四章介绍了本论文的研究过程和计算结果。对结果进行了讨论,并和已有的实验测量结果进行了比较。第五章是本论文的结束语,简要地对本论文进行了总结和展望。

关键词：含时波包法离散变量表示光解离光解截面

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含时波包法研究小分子光解离动力学

含时波包法研究小分子光解离动力学

作者：李世刚山东师范大学

学位级别：硕士

强激光场下分子的光电离和光解离多年来一直是人们关注的课题。而在研究分子反应散射时被证明是一种非常有效方法的含时波包动力学理论在分子物理和场与分子相互作用等研究领域也有着广泛的应用。含时波包法有许多优点,除了数值计算上... 详细信息

强激光场下分子的光电离和光解离多年来一直是人们关注的课题。而在研究分子反应散射时被证明是一种非常有效方法的含时波包动力学理论在分子物理和场与分子相互作用等研究领域也有着广泛的应用。含时波包法有许多优点,除了数值计算上的高效率外,该方法还为动力学提供了物理意义明确而直观的图像,它既具有经典的直观,又不乏量子力学的准确。另外,含时量子波包法尤其适用于研究体系随时间演化的问题,因而是研究分子光解问题的有力工具。目前对强场下分子的光解离动力学行为的理论研究主要集中在一些小分子上。对小分子的动力学理论处理中,一维两态问题是最简单的情况。对激光场下小分子光解离的处理不仅对处理大分子的强场效应有借鉴作用,对理解和实施原子与分子过程的激光操控也具有重要的理论和实践意义。本论文利用量子力学含时波包传播中的分裂算符-傅立叶变换方法研究了HCl分子从基态X 1∑+不同的振动量子态v =0,1,2,3上跃迁到激发态A 1∏上的总吸收截面,主要进行了以下几个方面的工作: 1.利用傅立叶格点-哈密顿方法(FGH)求解了含时薛定谔方程,得到基态束缚态不同振动能级的初始波函数,进而利用激光脉冲作用得到相应激发态波包。 2.利用劈裂算符-傅立叶变换方法实现波包的传播。计算过程中利用傅立叶变换方法实现坐标空间和动量空间的表象变换,来实现哈密顿算符对波函数的作用,因为在坐标空间势能算符是对角化的,而动能算符在动量空间是对角化的。 3.计算了HCl分子从基态束缚态的不同振动能级跃迁到激发态总的光解截面。从计算结果可以看出,所有吸收谱均表现出一个谐振行为,每一个振动态吸收谱最小值的个数恰好等于其基态波函数节点的个数,我们认为这是因为节点反射原因造成的,这也符合反射定律。这个结果说明从基态的不同振动态激发对总的光解截面会有一定的影响,因为HCl分子光解碎片Cl原子的自旋轨道分支比与初始激发的吸收截面有一定关系,所以光解截面的这种谐振行为,可以影响不同通道不同产物的量子产率,因此这对实现激光控制化学反应,达到控制不同反应通道分支比的目的。论文共分为五章。第一章为综述,主要从总体上介绍了分子反应动力学的基本理论及含时波包法的发展。第二章介绍了光解反应的几种类型。第三章介绍了模拟过程所用到的理论。在第四章中,我们给出了计算HCL分子光解离基本理论和计算结果,利用含时波包传播中的分裂算符—傅立叶变换方法模拟得到了从基态不同振动能级激发的光解截面。通过对光解截面的分析,得到了基态不同振动态上对吸收截面的影响。第五章是本论文的结束语,简要地对本论文进行了总结。

关键词：含时波包法傅立叶格点-哈密顿方法(FGH) 光解截面 HCl

H_2和D_2离解吸附量子动力学——含时波包法

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中国科学（B辑） 1998年第4期28卷 332-336页

作者：关大任华东明张庆刚丁世良山东大学理论化学研究室济南250100 山东师范大学原子与分子物理研究室济南250014

用含时量子波包法研究了H2 和D2 在光滑静止表面离解吸附动力学 ,用一个修正LEPS型势能面描述H2 /Ni( 1 0 0 )体系分子与表面相互作用 .计算了不同初始振转态的三维离解几率及其动能依赖 .结果表明 :若分子转动态满足 j+m =奇数 ,低能... 详细信息

用含时量子波包法研究了H2 和D2 在光滑静止表面离解吸附动力学 ,用一个修正LEPS型势能面描述H2 /Ni( 1 0 0 )体系分子与表面相互作用 .计算了不同初始振转态的三维离解几率及其动能依赖 .结果表明 :若分子转动态满足 j+m =奇数 ,低能分子离解是对称性禁阻的 .分子转动取向效应表明分子在平面内转动 (m=j)比在平面外转动 (m=0 )更有利于离解 .我们用量子力学的零点能、势垒穿透和反射效应合理地解释了振动激发增进离解以及H2 比D2

关键词：含时波包法离解吸附量子动力学 H2 双原子分子

H_2^+在强激光场中的解离及其量子调控的理论研究

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物理学报 2014年第19期63卷 358-363页

作者：姚洪斌张季彭敏李文亮新疆工程学院新能源材料研究实验室乌鲁木齐830091

利用非波恩-奥本海默近似的三维含时量子波包法,理论研究了氢分子离子在强激光场中的解离动力学.通过分析H+2在不同的初始振动态(ν=0—9)和激光场强度下的解离核动能谱,得到了H+2的光解离机理及其随激光场的变化规律.研究结果表明:当... 详细信息

利用非波恩-奥本海默近似的三维含时量子波包法,理论研究了氢分子离子在强激光场中的解离动力学.通过分析H+2在不同的初始振动态(ν=0—9)和激光场强度下的解离核动能谱,得到了H+2的光解离机理及其随激光场的变化规律.研究结果表明:当激光场的强度I1=5.0×1013W/cm2时,分子的解离来源于高振动态ν=5—9,其解离机理主要是通过键软化、键硬化和阈下解离过程.当激光场的强度I2=1.0×1014W/cm2时,H+2在低振动态ν=3—4上的阈上解离起主导作用,而高振动态的键软化、键硬化和阈下解离所占的比重明显地下降了.研究结果为后续的量子调控的实验研究提供了科学的理论预测和指导.

关键词：光解离氢分子离子含时波包法核动能谱

HD^+分子的强场光解离动力学及其量子调控的理论研究

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物理学报 2019年第17期68卷 265-271页

作者：姚洪斌蒋相站曹长虹李文亮新疆工程学院新能源材料研究重点实验室

利用精确求解原子核与电子耦合运动的三维含时量子波包法,理论研究了HD+分子在强激光场中的光解离动力学,并给出了量子调控HD+分子光解离通道的理论方案.通过分析HD+分子在不同的初始振动态和激光场强度下的光解离动力学过程及其解离核... 详细信息

利用精确求解原子核与电子耦合运动的三维含时量子波包法,理论研究了HD+分子在强激光场中的光解离动力学,并给出了量子调控HD+分子光解离通道的理论方案.通过分析HD+分子在不同的初始振动态和激光场强度下的光解离动力学过程及其解离核动能谱,得出了HD+分子的光解离机理及其随激光场强度的变化规律.研究结果表明,利用激光场的强度可以实现HD+分子光解离通道的量子调控.当激光场强度I1=4.0×1013 W/cm2时,HD+分子的光解离主要是通过净单光子吸收解离和净双光子吸收解离;当激光场强度增大到I2=2.0×1014 W/cm2时,直接双光子吸收解离取代了净单光子吸收解离,净双光子吸收解离的比重也下降了.

关键词：解离量子调控含时波包法核动能谱

K_2分子在强激光场下的量子调控:缀饰态选择性分布

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物理学报 2014年第17期63卷 351-357页

作者：姚洪斌李文亮张季彭敏新疆工程学院基础教学研究部乌鲁木齐830091

关键词：量子调控含时波包法缀饰态光电子能谱

三态K_2分子飞秒含时光电子能谱的理论研究

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物理学报 2015年第14期64卷 115-121页

作者：冯小静郭玮路兴强姚洪斌李月华南华大学电气工程学院衡阳421001 南华大学核科学技术学院衡阳421001 中国科学院大连化学物理研究所分子反应动力学国家重点实验室大连116023

利用三态模型和含时波包法,研究了K2分子在强飞秒抽运-探测激光场中延时、脉宽以及抽运波长对光电子能谱和波包动力学过程的影响.研究结果表明,激光场强较弱或者脉宽较短都可能不发生Autler-Townes分裂,光电子能谱呈现出单峰结构;延时... 详细信息

利用三态模型和含时波包法,研究了K2分子在强飞秒抽运-探测激光场中延时、脉宽以及抽运波长对光电子能谱和波包动力学过程的影响.研究结果表明,激光场强较弱或者脉宽较短都可能不发生Autler-Townes分裂,光电子能谱呈现出单峰结构;延时和抽运波长的改变影响能峰结构、位置和相对峰高;对于不同的抽运波长,波包的振动周期是相同的,波包振荡幅度随脉宽增大而减小;光电子能谱反映了波包动力学信息.研究结果可以为实验上实现分子的光控制以及量子调控过程提供一定的参考,并为进一步研究K2分子的动力学性质提供有用的信息.

关键词：三态K2分子含时波包法光电子能谱波包动力学过程

飞秒泵浦-探测激光场中NaI解离和电离的场依赖

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光子学报 2022年第12期51卷 64-74页

作者：郭玮陈晓芳路兴强烟台大学核装备与核工程学院山东烟台264005 山东大学前沿交叉科学青岛研究院分子科学与工程研究院山东青岛266237

利用含时波包方法计算了NaI的基态、激发态和NaI+离子基态的态布居数,全面研究且定量分析了泵浦和探测激光参数对非绝热NaI分子激发、解离和电离几率的影响。结果表明:泵浦激光是分子激发和解离的唯一影响因素,而电离则受泵浦激光和探... 详细信息

利用含时波包方法计算了NaI的基态、激发态和NaI+离子基态的态布居数,全面研究且定量分析了泵浦和探测激光参数对非绝热NaI分子激发、解离和电离几率的影响。结果表明:泵浦激光是分子激发和解离的唯一影响因素,而电离则受泵浦激光和探测激光的共同影响。解离和电离过程相互竞争和共存。弱场强、短波长、窄脉宽和长延时的激光场有利于解离,反之则有利于电离。通过调整激光脉冲的形式,可以控制激发、解离和电离选择。研究结果对分子光谱学具有重要价值,也有助于在实验上实现光学分子控制。

关键词：飞秒泵浦-探测激光场解离几率电离几率态布居含时波包法

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