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离子物种在催化过程,燃烧过程和大气化学中占据非常重要的地位。它们的光谱和成键特性的研究对有关化学反应机理具有重要意义。这些离子的寿命短而且反应活性高,常规方法难以制备和检测。本文运用高频放电与低温基质隔离技术相结合的方法,在Ar基质中制备了H<,2>O<+>,OH<+>,C<,2>Cl<,4><+>,C<,2>HCl<,3><+>,1,1-C<,2>H<,2>Cl<,12><+>,trans-C<,2>H<,2>Cl<,2><+>,C<,6>H<,5>F<+>,C<,6>H<,5>Cl<+>,C<,6>H<,5>Br<+>和C<,6>H<,5>I<+>等正离子,获得了它们的红外光谱,结合理论计算研究了它们的结构。主要结果归纳如下:
1、通过H<,2>O/Ar混合气体高频放电制备了H<,2>O<+>和OH<+>正离子,获得了它们在Ar基质中的红外光谱。同位素取代实验(D<,2>O/Ar,<18>H<,2>O/Ar,以及混合实验)证实在Ar基质中,H<,2>O<+>正离子的H-O-H反对称和对称伸缩振动分别在3054.9和3040.0 cm<-1>,OH<+>正离子的O-H伸缩振动在2979.6 cm<-1>。通过与气相数据比较,发现H<,2>O<+>和OH<+>正离子在Ar基质中与Ar原子形成了络合物。理论计算结果表明,H<,2>O<+>正离子在Ar基质中与4个Ar原子络合,形成H<,2>O<+>-Ar<,4>络合物,而OH<+>正离子在Ar基质中与5个Ar原子络合形成OH<+>-At<,5>络合物。
2、通过氯代乙烯(C<,2>Cl<,4>,C<,2>HCl<,3>,1,1-C<,2>H<,2>Cl<,2>和trans-C<,2>H<,2>Cl<,2>)与Ar的混合气体放电依次制备了C<,2>Cl<,4><+>,C<,2>HCl<,3><+>,1,1-C<,2>H<,2>Cl<,2><+>和trans-C<,2>H<,2>Cl<,2><+>系列正离子,获得了相应的红外光谱,归属了这些正离子的红外吸收峰和对应的振动模式。氯代乙烯中性分子的HOMO轨道是C=C成键和C-Cl反键轨道,形成正离子时HOMO轨道上失去一个电子,导致C-Cl键缩短,C-Cl伸缩振动频率蓝移。另外,将氯代乙烯正离子在Ar基质中的振动频率和气相数据比较,确定氯代乙烯正离子在Ar基质中不与周围的Ar原子发生络合作用,是真正的“隔离”离子。
3、通过卤代苯(C<,6>H<,5>F,C<,6>H<,5>Cl,C<,6>H<,5>Br和C<,6>H<,5>I)与Ar混合气体与经过高频放电的Ar气体在4K下共同沉积制备得到了C<,6>H<,5>F<+>,C<,6>H<,5>Cl<+>,C<,6>H<,5>Br<+>和C<,6>H<,5>I<+>正离子,并且得到了它们的红外光谱,归属了它们的红外振动吸收峰。卤代苯中性分子的HOMO轨道是由卤素原子的p轨道与苯环的π轨道形成的一个π反键轨道。形成正离子时,正是中性分子的HOMO轨道上失去一个电子,因此使得从而导致C-X(X=F,Cl,Br,I)键和苯环中部的C-C键缩短。