过渡金属离子Ni+与甲醇、乙醇团簇反应的质谱研究

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翻新时间：2023-01-19

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过渡金属离子Ni+与甲醇、乙醇团簇反应的质谱研究

【关键词】团簇；飞行时间质谱；激光延时；激光溅射

【Key words】Clusters；TOF-MS；Laser delay；Laser ablation

0 引言

1 实验装置和过程

本实验是在一套脉冲射流-激光电离-反射式飞行时间质谱仪上进行的（如图1）。

2.1 激光直接溅射Ni金属靶

从图2可以看出激光直接溅射Ni靶时，除峰值信号58Ni+外还产生了Ni的其它四种同位素离子信号。

2.2 激光溅射Ni和甲醇分子团簇的反应

2.3 不同的激光延时条件下产物离子信号

图4是通过改变激光延时（作用于分子束的位置不同）得到的产物离子信号。随着激光延时的增加，信号强度先增强后减弱，在激光延时为40us和90us时产物离子信号强度较弱，产物种类较少，在激光作用于分子束中间时（激光延时为65us）产物的离子种类最多，信号最强。分析其原因，脉冲阀每次喷射的气样在流经离子-团簇反应腔中激光烧蚀产生等离子体的位置时，其压力可能经历了一个从小到大再小的过程，将脉冲阀每次喷射的气样看作一个整体，在气样的中段有最大的压力，分子数密度最大，非常有利于产生团簇离子，而在气样的前段和后段，压力又变小，分子数密度也小不利于产生团簇离子。这样在气样流过反应腔时，其压力和分子数密度的变化会影响到激光溅射产生的等离子体和分子束的反应，从而导致产生的团簇离子的不同。

2.4 不同的激光能量条件下产物离子信号

图5是通过改变激光能量得到的产物离子信号，从图中可以看以看出随着激光能量的增大产物离子信号强度并没有一直增强而是先增强后减弱。在激光能量为1.8mj时产物离子的信号最强，种类最多，尺寸最大。分析其原因，我们认为激光能量较低时等离子体中的离子、电子等初动能较小和分子束有效碰撞较少，激光能量很大时，产物离子会相互碰撞产生碎片这都不利于产生团簇离子，只有在激光能量在一个恰当的值时才会产生多种团簇离子和较强的离子信号。

2.5 不同的载气压力条件下产物离子信号

图6是通过改变载气压力得到的产物离子信号，从图中可以看出随着载气压力的增大产物离子的尺寸、信号强度、离子种类有明显的增强增多。分析其原因，我们认为增大载气的压力，导致每次喷出的脉冲分子束的压力增大，分子数密度增大，有利于形成大的团簇离子。

2.6 激光溅射Ni和乙醇团簇的反应

3 分析和讨论

H+（H2O）（C2H5OH）n的产生与H+（H2O）（CH3OH）n类似。最后，NiO+（CH3OH）n、NiCH2+（CH3OH）n的产生我们认为是生成Ni+（CH3OH）n后发生了团簇内部脱CH4、脱H2O之后形成的；NiCH2+（C2H5OH）n、NiC2H4+（C2H5OH）n的产生是生成Ni+（C2H5OH）n后发生了团簇内部脱CH3OH、H2O之后形成的。

4 结论

在激光溅射Ni和甲醇、乙醇反应的实验中都发生了Ni+和甲醇、乙醇的直接结合相应形成Ni+（CH3OH）n、Ni+（C2H5OH）n；都发生了团簇内部脱H2O相应形成NiCH2+（CH3OH）n、NiC2H4+（C2H5OH）n；都发生了激光等离子中的电子和团簇碰撞电离相应生成H+（H2O）（CH3OH）n、H+（H2O）（C2H5OH）n；都发生了团簇内部脱去中性分子，Ni+（CH3OH）n 团簇内脱CH4生成NiO+（CH3OH）n，Ni+（C2H5OH）n团簇内部脱CH3OH生成NiCH2+（C2H5OH）n。团簇离子的种类、尺寸、强度与等离子体作用在分子束的位置有关，当等离子体作用在分子束中间时，产物离子的强度和尺寸都有增大的趋势，离子的种类也随之增多。产物离子的尺寸、种类与激光能量有关，在一定范围内随着激光能量的增大，离子小团簇的尺寸和种类增大增多，激光能量太大不利于大团簇的生成和稳定存在。团簇离子的尺寸还和载气压力有关，增大载气压力，团簇的尺寸有增大的趋势。

【参考文献】

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