气相过渡金属钽和钇-碳链团簇的质谱研究.pdf

《气相过渡金属钽和钇-碳链团簇的质谱研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第38卷分析化学(FENXIHUAXUE)研究简报第11期2010年11月ChineseJournalofAnalyticalChemistry1643～1646DOI：10．3724／SP．J．1096．2010．01643气相过渡金属钽和钇一碳链团簇的质谱研究周留柱孟祥省刘在国李爱国孔祥和(曲阜师范大学物理系，山东省激光偏光与信息技术重点实验室，曲阜273165)摘要Nd：YAG产生的二倍频532nm激光消融金属靶表面，同时含有3％乙炔的氦载气喷向旋转的金属靶，通过等离子体反应形成中性的气相过度金属

2、一碳链团簇分子。经过超声膨胀，由Skimmer形成准直的分子束，进入飞行时间质谱仪的电离区，被193nm的准分子激光电离。实验发现，钽奇数碳链的过渡金属钽团簇离子信号较小，而偶数碳链的团簇离子信号较大。钇碳链观察到了YCr．+(m=1～4，6)、Y。c(n=2，4，6)和YCH(n=2～6)的离子信号。关键词碳链一过渡金属团簇；差分进样；飞行时间质谱1引言由过渡金属原子与碳原子构成的一系列金属碳笼(Metallo—carbohedrenes)，由于其特殊稳定性和笼状结构而备受关注，它是继C6o发现的又一

3、个“明星团簇”，这类团簇的生长机制和物理特性仍是目前研究热点之一。过渡金属碳化物的结构和活性在表面化学、催化燃烧化学、天体化学以及固态化学等领域有着较为广阔的应用前景。研究小的碳金属团簇可以详细了解碳金属之间的反应及各种碳金属纳米材料的生长机制。小的碳金属团簇的结构和光谱的理论计算已有详细的报道J。有多个研究小组开展了碳链．过渡金属的实验研究。Kohl等利用努森隙透法，结合质谱技术获得了短碳链一过渡金属团簇Vc，VC及CrC，并得到了它们的一些热力学特征参数和气相离解能。Gupta等通过质谱方法研究了V

4、C2，NbC2，MoC2碳链一过渡金属团簇的气相稳定性。文献[5，9，10]使用Magnetic—bottle光电子能谱实验装置，研究了MC一(M=Sc，Ti，V，Cr，Mn，Fe及co)系列碳链一过渡金属团簇的光电子能谱。文献[11，12]利用共振增强多光子电离(REMPI)技术研究了金属碳笼Tic和Vc：、V，C的红外光谱。本实验利用REMPI和差分进样技术，对过渡金属-碳链团簇进行了初步研究，获得了过渡金属钇和钽的碳链团簇质谱。2实验装置实验装置由进样系统和飞行时间质谱仪两部分组成，如图1所示。进

5、样系统由脉冲阀、金属靶和截取锥(Skimmer)组成。脉冲阀的设计参考了文献[13]的压电陶瓷脉冲阀，脉冲阀喷嘴的直径为0．5mm。该脉冲阀的优点是喷气压力和喷气的脉宽可调节，因而比传统的针式脉冲阀的喷气量大几十倍。脉冲阀连接团簇生长管，生长管(6．3mm×2．9Filmi．d．)，生长管末端连接长度6．2mm、角度为60。的喷嘴。生长管还起到固定金属靶的作用。金属靶由可以正反两个方向转动的马达带动，实验中金属靶上下行的时间为31S，上升或下降的高度约为2mm。由Nd：YAG(QuantelIntern

6、ational581C-20)产生的二倍频532nm的消融激光，经过60cm的聚焦透镜，垂直溅射在金属靶上，光斑直径约1．5mm，消融激光的脉冲能量为0．5mJ。同时，含有3％乙炔(载气为氦气)混合样品气体喷向金属靶，气体压力为4．23×10Pa，被激光消融所产生的金属等离子体与样品气体相互碰撞，经过脉冲阀的喷嘴超声膨胀，形成气相的碳链一金属团簇。通过直径0．5mm的截取锥口形成准直的分子束，进入飞行时间质谱仪的电离区。2009-12—10收稿；2010-07-08接受本文系曲阜师范大学博士科研启动资金

7、资助E—mail：q~smeng@163．con第38卷飞行时间质谱仪由排斥极、加速极、离子偏转电截墩锥电离激光微通道板SkimmerlonizationlaserMCP场和离子聚焦透镜组成，原理参见文献[14]。电离激光采用193ilm的ArF准分子激光器(Lambdaphysik，LPXIO0)。聚焦透镜为1ITI，电离区光斑直径大约为1／／IlTI，激光能量为lmJ。脉冲阀和电离激光由美国斯坦福生产的SRS四通道延迟／脉冲信号发生器DG535控制，脉冲阀的喷气频率为10Hz，喷气宽度为200s。进

8、样系统连接图1实验装置扩散泵，腔体的背景真空压力为1．33×10～Pa，工作Fig．1Schematicdiagramofexperimentalsetup时真空压力为1．33×10～Pa。飞行时间质谱仪连接两个分子泵，腔体的背景真空压力为5．33×10～Pa，工作时真空压力为6．67×10～Pa。进样系统与飞行时间质谱仪形成差分进样。3结果与讨论I3．1钽一碳链团簇的质谱图2为过渡金属钽(Goodfellow，纯度99．95％)的碳链团簇