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《中国科学技术大学》 2010年
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C_2(a~3Л_u&X~1Σ_g~+)自由基反应动力学的温度效应研究

胡仁志  
【摘要】: 本论文主要报道了通过脉冲激光光解——激光诱导荧光技术研究C2(a3Πu X1∑g+)自由基与一系列精选的烷烃,醇类分子,烯炔烃分子和一些无机小分子气相反应的温度效应。激光光解C2C14产生C2(a3Πu)和C2(X1Σg+)自由基,并通过众所周知的Swan(d3Πg-a3nu)和Mulliken(D1Σu-X1Σg+)带分别探测。通过实时监测反应体系中C2(a3Πu X1Σg+)自由基的浓度随反应时间的变化,测得C2(a3Πu X1Σg+)与上述反应物反应的双分子速率常数。从实验结果和理论计算两方面讨论反应的机理,并对比C2(X1Σg+)和C2(a3Πu)自由基的反应活性。主要结果如下: 1, C2(a3Πu X1Σg+)与烷烃反应的温度效应:在298-673K范围内研究了C2(a3nu)与C2H6.C3H8.n-C4H10.i-C4H10.n-C6H14和c-C6H12反应的双分子速率常数。在低于373K,C2(a3nu)与n-C4H10.i-C4H10和n-C6H14反应的速率常数呈现出负的温度依赖关系。这主要是归结于低反应活性的CH3基团对高反应活性的二级或三级氢的空间位阻影响,我们发现只有二级或三级氢显著的影响到反应的负温度依赖关系。另外,实验结果显示kt(i-C4H10)>ks(C3H8、n-C4H10、和n-C6H14)~10kp支持了C2(a3Πu)与饱和烷烃反应的抽氢机理。我们也研究了在298-573K范围内C2(X1Σg+)与CH4、C2H6、C3H8、n-C4H10和i-C4H10反应的双分子速率常数,反应都表现出弱的正温度效应。由于反应速率接近了理想气体碰撞频率且C2(X1Σg+)与n-C4H10和i-C4H10反应的速率常数在相应的温度下基本相等,我们可以得出C2(X1Σg+)与饱和烷烃反应主要是插入的过程。 2, C2(a3Πu X1Σg+)与醇类分子反应的温度效应:在293-673K范围内研究了C2(a3Πu)与甲醇及氘代甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇和正丁醇反应的双分子速率常数。观察到C2(a3Πu)与甲醇反应的氘代动力学同位素影响以及C2(a3Πu)与醇类分子反应呈现出的正温度依赖关系,允许我们得出C2(a3Πu)与醇类分子反应遵循选择性的抽氢机理,就是说,主要抽取的是烷基上的氢而不是羟基上的氢。我们还测得了在298~573K范围内C2(X1Σg+)与甲醇、乙醇、正丙醇和正丁醇反应的双分子速率常数。它们都接近了理想气体碰撞频率且C2(X1Σg+)与醇类分子反应速率常数比C2(a3Πu)反应的速率常数大10倍以上,我们认为C2(X1Σg+)与醇类分子反应也主要是插入的过程。 3. C2(a3Πu X1Σg+)与烯炔烃分子反应的温度效应:在298-673K范围内研究了C2(a3Πu)与C2H4、C3H6、2-C4H8和C2H2反应的双分子速率常数,同时研究了C2(X1Σg+)与C2H4和C2H2在293-573K范围内反应的双分子速率常数。因为C2(a3Πu)的pσ轨道上有一个占据电子,而C2(X1Σg+)的pσ轨道为空轨道,所以对相同的反应物和温度,C2(a3Πu)的反应速率常数都小于C2(X1Σg+)的速率常数。得到的速率常数和它的负的温度依赖关系允许我们认为C2(a3ΠuX1Σg+)与烯炔烃分子在293~673K范围内反应主要是加成的过程。 4-C2(a3Πu)与一些无机小分子反应的温度效应研究:在298~673K范围内,我们研究了C2(a3Πu)与H2S、CS2、NO等反应的双分子速率常数。C2(a3Πu)与H2S反应主要是抽氢的机理,而C2(a3Πu)与2. NO的反应主要是一个加成的过程。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:O643.1

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