Конкурс научных работ 2018 года
Супрамолекулярные фотопроцессы
в Ван-дер-Ваальсовых комплексах кислорода X-O2
Богомолов А.С., Пыряева А.П., Дозморов, Н.В., Богданчиков Г.А.,
Бакланов А.В., Кочубей С.А.1, Farooq Z.2, Parker D.H.2
1Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова
2Institute for Molecules and Materials, Radboud University Nijmegen
1. Общая формулировка научной проблемы и ее актуальность.
Фотохимия молекулы кислорода является важной для большого количества областей знаний и приложений. При этом поглощение индивидуальной молекулой кислорода очень мало от ИК до ближней УФ области. При появлении рядом с молекулой кислорода других молекул, например при столкновении в газе или в конденсированной среде, происходит увеличение сечения поглощения молекулой кислорода на несколько порядков величины. Кроме того, при наличии окружения рядом с молекулой кислорода возникают супрамолекулярные фотопроцессы и соответствующие им новые полосы поглощения, не свойственные отдельным молекулам кислорода или окружения. Один из таких фотопроцессов – генерация синглетного кислорода O2 (a1Δg). Синглетный кислород – это метастабильное реакционноспособное состояние молекулы кислорода. Его образование имеет место как в неживой так и в живой природе, также его генерация используется во многих областях человеческой деятельности. Поэтому крайне важной задачей является изучение механизма его супрамолекулярной фотогенерации.
В представленной работе был исследован механизм генерации синглетного кислорода в Ван-дер-Ваальсовых комплексах кислорода X-O2 (X=C6H6 - бензол, CH3I, CD3I, C4H6 - бутадиен, C2H4, H2O, C5H8 - изопрен). Полученные результаты обобщены и для других комплексов.
2. Конкретная решаемая в работе задача и ее значение.
В работе исследовались супрамолекулярные процессы образования синглетного кислорода и возбужденных молекул X, протекающие при фотовозбуждении Ван-дер-Ваальсовых комплексах X-O2.
В работе [1] был сделан вывод о механизме генерации синглетного кислорода в Ван-дер-Ваальсовых комплексах кислорода X-O2. Ранее в литературе было предложено два механизма образования синглетного кислорода в комплексах. Полученные данные свидетельствуют в пользу механизма «двойной спин-флип».
В работе [2] было показано, что при фотовозбуждении Ван-дер-Ваальсовых комплексов кислорода с иодметаном CH3I-O2 происходит образование триплетных молекул иодметана одновременно с образованием синглетного кислорода, что соответствует механизму «двойной спин-флип». В работе также реализована новая схема резонансно усиленной многофотонной ионизации атомов иода.
В работе [3] реализовано прямое детектирование синглетного кислорода, образующегося при фотовозбуждении Ван-дер-Ваальсовых комплексов кислорода X-O2. Для этого реализована новая схема резонансной фотоионизации молекул синглетного кислорода.
3. Используемый подход, его новизна и оригинальность.
В работе исследовалась фотодиссоциация Ван-дер-Ваальсовых комплексов, генерируемых в молекулярном пучке. Образующиеся фотофрагменты детектировались с использованием метода измерения карт скоростей фотофрагментов. Данный подход дает детальную информацию о механизме фотоиндуцированных процессов в молекулах и молекулярных комплексах.
4. Полученные результаты и их значимость.
Впервые детально исследован супрамолекулярный механизм генерации синглетного кислорода и триплетных молекул-партнеров X в слабосвязанных комплексах. Использование метода измерения карт скоростей фотофрагментов позволило однозначно установить механизмы образования продуктов фотодиссоциации комплексов. Показано, что данные механизмы образования синглетного кислорода и триплетных молекул X являются общими для всех комплексов X-O2.
5. Уровень полученных результатов в сравнении с мировым.
Все представленные результаты получены впервые.
6. Вклад авторского коллектива.
Сотрудники ИХКГ внесли определяющий вклад при постановке задач, выполнении экспериментов, и интерпретации полученных результатов. Работа [1] выполнена совместно с голландскими коллегами.
Список публикаций.
- Baklanov A.V., Bogomolov A.S., Pyryaeva A.P., Bogdanchikov G.A., Kochubei S.A., Farooq Z., Parker D.H., Singlet oxygen photogeneration from X-O2 van der Waals complexes: double spin-flip vs. charge-transfer mechanism // Physical Chemistry Chemical Physics, 2015. 17(43): p. 28565-28573.
- Bogomolov A.S., Kochubei S.A., Baklanov A.V., Oxygen-assisted excitation of methyl iodide as a test of double spin-flip transition in van der Waals complex CH3I-O2 // Chemical Physics Letters, 2016. 661: p. 53-57.
- Bogomolov A.S., Dozmorov N.V., Kochubei S.A., Baklanov A.V., REMPI detection of singlet oxygen 1O2 arising from UV-photodissociation of van der Waals complex isoprene-oxygen C5H8-O2 // Chemical Physics Letters, 2018. 692: p. 271-276.