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    赵岩, 李娜, 党思远, 杨国全, 李昌勇

    Two-color resonance enhanced two-photon ionization and mass analyzed threshold ionization spectroscopy ofp-chlorobenzonitrile

    Zhao Yan, Li Na, Dang Si-Yuan, Yang Guo-Quan, Li Chang-Yong
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    • 本文利用双色共振双光子电离和质量分辨阈值电离光谱技术, 研究了对氯苯腈分子第一电子激发态S 1和离子基态D 0的振动特征, 确定了对氯苯腈分子S 1← S 0电子跃迁的激发能为35818 ± 2 cm –1, 精确的绝热电离能为76846 ± 5 cm –1. 对氯苯腈分子 35Cl和 37Cl两种同位素有相同的激发能和电离能以及相似的振动特征. 采用高精度密度泛函方法, 计算了对氯苯腈分子在中性基态S 0、第一电子激发态S 1、离子基态D 0的结构参数和振动频率, 分析了电子激发和电离过程中对氯苯腈分子结构和振动频率的变化, 并对激发态和离子基态的振动光谱进行了归属, 振动光谱上的活性振动大多数是苯环平面内的弯曲振动. 通过比较对氯苯酚、对氯苯胺、对氯苯甲醚、对氯苯腈与苯酚、苯胺、苯甲醚、苯腈分子的跃迁能, 分析了取代基Cl原子与苯环之间的相互作用及其对分子跃迁能的影响.
      The vibrational features of p-chlorobenzonitrile in its first electronically excited state S 1and cationic ground state D 0have been investigated by two-color resonance enhanced two-photon ionization and mass analyzed threshold ionization spectroscopy. The excitation energy of S 1← S 0and the ionization energy of 35Cl and 37Cl isotopomers of p-chlorobenzonitrile are determined to be 35818 ± 2, and 76846 ± 5 cm –1, respectively. These two isotopomers have similar vibrational features. Most of the active vibrations in the S 1and D 0states are related to the motions of the in-plane ring deformation. The stable structures and vibrational frequencies of p-chlorobenzonitrile are also calculated by the B3LYP/aug-cc-pVDZ method for the S 0and D 0states, and TD-B3LYP/aug-cc-pVDZ method for the S 1state. The changes in the molecular geometry are discussed in the S 1← S 0photoexcitation process and the D 0← S 1photoionization process. The comparisons between the transition energy of p-chlorophenol, p-chloroaniline, p-chloroanisole, and p-chlorobenzonitrile with those of phenol, anisole, aniline, and benzonitrile provide an insight into the substitution effect of Cl atom.
          通信作者:赵岩,zhaoy@jzxy.edu.cn; 李昌勇,lichyong@sxu.edu.cn
        • 基金项目:国家重点基础研究发展计划(批准号: 2017YFA0304203)、国家自然科学基金重点项目(批准号: 61835007)、国家自然科学基金(批准号: 11904215, 61575115)、教育部长江学者和创新团队发展计划(批准号: IRT_17R70)、高等学校学科创新引智计划(批准号: D18001)、山西省高等学校科技创新计划(批准号: 2020L0582, 2020L0599)、山西省基础研究计划(批准号: 20210302124542)、博士科研启动费(批准号: 2019012)和山西省“1331工程”重点学科建设计划资助的课题
          Corresponding author:Zhao Yan,zhaoy@jzxy.edu.cn; Li Chang-Yong,lichyong@sxu.edu.cn
        • Funds:Project supported by the National Key R&D Program of China (Grant No. 2017YFA0304203), the Key Program of the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 61835007), the National Natural Science Foundation of China (Grants Nos. 11904215, 61575115), the Program for Changjiang Scholars and Innovative Research Team in University of Ministry of Education of China (Grant No. IRT_17R70), the 111 Project (Grant No. D18001), the Shanxi Provincial Higher Education Science and Technology Innovation Program, China (Grants Nos. 2020L0582, 2020L0599), the Shanxi Provincial Research Foundation for Basic Research, China (Grant No. 20210302124542), the Scientific Research Starting Foundation for Doctor, China (Grant No. 2019012), and the Fund for Shanxi ‘‘1331 Project” Key Subjects Construction, China.
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      • 35Cl 37Cl 光谱归属b
        实验值a 理论值a 实验值a 理论值a
        0 0 $ 0_0^0 $
        139 141 139 141 $ 15_0^1 $, β(C—CN)
        292 291 292 291 $ 9{\text{b}}_0^1 $, β(C—Cl)
        310 300 309 300 $ 7{\text{a}}_0^1 $, β(CCC),
        ν (C—Cl)
        457 454 457 454 $ 16{\text{b}}_0^1 $, γ(CCC)
        504 495 504 495 $ 6{\text{b}}_0^1 $, β(CCC)
        552 567 552 567 $ 12_0^1 $, β(CCC)
        592 597 590 597 β(C—CN)
        739 747 739 746 $ 6{\text{a}}_0^1 $, β(CCC)
        816 818 $ 6{\text{b}}_0^17{\text{a}}_0^1 $
        859 859 $ 12_0^17{\text{a}}_0^1 $
        867 867 $ 6{\text{a}}_0^115_0^1 $
        962 970 962 970 $ 18{\text{a}}_0^1 $, β(CH)
        1002 1002 $ 6{\text{b}}_0^2 $
        1054 1054 $ 6{\text{a}}_0^17{\text{a}}_0^1 $
        1067 1055 1066 1055 $ 1_0^1 $, breathing
        1149 1147 1149 1147 $ 9{\text{a}}_0^1 $, β(CH)
        1176 1187 1176 1187 $ 13_0^1 $, ν(C—CN)
        a实验值是相对于对氯苯腈分子激发能(35818 cm–1)的偏移, 理论值是TD-B3LYP/aug-cc-pVDZ方法计算的振动频率(校正因子0.984)
        bν, 伸缩振动; β, 苯环平面内的弯曲振动; γ, 垂直于苯环平面的弯曲振动
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        35Cl 37Cl 光谱归属b
        S1中间态 理论值a S1中间态 理论值a
        S100 S16b1 S100 S16b1
        0
        346 347 343 344 7a1, β(CCC) , ν (C—Cl)
        517 528 514 529 6b1, β(CCC)
        587 584 6b1111
        601 598 121, β(CCC)
        691 693 681 687 7a2
        719 731 715 734 41, γ(C—CN)
        778 772 778 775 6a1, β(CCC)
        860 857 6b17a1
        947 947 7a1121
        1032 6b2
        1035 1040 1031 1031 7a3
        1063 7a141
        1110 1093 1116 1096 11, breathing
        1127 1118 1118 6b1121
        1205 1191 6b17a2
        1223 1223 1227 1228 131, ν(C—CN)
        1236 6b141
        1292 1292 6b16a1
        1388 1390 8b1, ν(CC)
        1549 1545 6b17a3
        1572 1577 1569 1570 7a1131
        1608 1614 1612 1621 8a1, ν(CC)
        1641 1631 6b111
        a实验值是相对于对氯苯腈分子电离能(76846 cm–1)的偏移, 理论值是B3LYP/aug-cc-pVDZ方法计算的振动频率(校正因子0.981)
        bν, 伸缩振动; β, 苯环平面内的弯曲振动; γ, 垂直于苯环平面的弯曲振动
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        结构
        参数
        Exp.a S0b S1c D0b Δ(S1-S0) Δ(D0-S1)
        键长/Å
        C1-C2 1.397 1.406 1.432 1.433 0.026 0.008
        C2-C3 1.384 1.393 1.429 1.373 0.036 –0.056
        C3-C4 1.387 1.397 1.418 1.429 0.021 0.011
        C4-C5 1.380 1.397 1.418 1.429 0.021 0.011
        C5-C6 1.382 1.393 1.429 1.373 0.036 –0.056
        C6-C1 1.386 1.406 1.432 1.433 0.026 0.001
        C4-Cl7 1.745 1.755 1.733 1.695 –0.022 –0.038
        C1-C8 1.454 1.436 1.414 1.413 –0.023 –0.001
        C8-N9 1.110 1.163 1.171 1.170 0.008 –0.001
        键角/°
        C1C2C3 119.1 120.2 119.5 119.6 –0.7 0.1
        C2C3C4 119.4 119.2 118.7 118.9 –0.5 0.2
        C3C4C5 121.7 121.4 122.7 121.9 1.3 –0.8
        C4C5C6 118.8 119.2 118.7 118.9 –0.5 0.2
        C5C6C1 120.2 120.2 119.5 119.6 –0.7 0.1
        C6C1C2 120.6 119.8 120.8 121.0 1.0 0.2
        a对氯苯腈分子的晶体结构参数[31]
        bB3LYP/aug-cc-pVDZ方法理论计算的结构参数
        cTD-B3LYP/aug-cc-pVDZ方法理论计算的结构参数
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        Molecule E1(S1← S0) ΔE1 E2(D0← S1) ΔE2 IE ΔIE
        苯酚[33] 36, 349 0 32, 276 0 68, 625 0
        对氯苯酚[30] 34, 813 –1537 33, 291 1015 68, 104 –521
        苯甲醚[34] 36, 383 0 30, 016 0 66, 399 0
        对氯苯甲醚[29] 34, 859 –1524 31, 253 1237 66, 112 –287
        苯胺[35] 34, 029 0 28, 242 0 62, 271 0
        对氯苯胺[23] 32, 573 –1456 29, 837 1593 62, 410 139
        苯腈[36] 36, 518 0 41, 972 0 78, 490 0
        对氯苯腈 35, 818 –700 41, 028 –944 76, 846 –1644
        对甲基苯腈[37] 36, 222 –296 38, 933 –3039 75, 155 –2845
        对氨基苯腈[38] 33, 481 –3037 33, 012 –8960 66, 493 –11997
        aΔE1, ΔE2,和ΔIE是衍生物分子E1,E2跃迁能和IE电离能相对苯酚、苯甲醚、苯胺、苯腈E1,E2,IE能量的差值
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      出版历程
      • 收稿日期:2022-01-13
      • 修回日期:2022-01-28
      • 上网日期:2022-02-15
      • 刊出日期:2022-05-20

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