高压下典型环状酸酐的拉曼光谱研究
压强是一种基本的热力学参量，是调控物质结构的有效手段，它可以调节物质内部的原子间距，促使原子排列方式发生改变，引发物质的结构相变。压强还可以使物质的能带结构发生变化，使绝缘体的价带和导带发生重叠，从而使其转变成导体。物质在高压下会展现出常压下不存在的新结构、新性质和新的物理规律。高压科学已同化学生产紧密结合了起来，是研究材料结构或电子相变以及合成新材料的重要手段。环状酸酐是羧酸的一种重要衍生物，是多种化工产品的原材料，在医疗、生物、化工等领域都发挥着重要作用。近年来，它和环氧化物之间的共聚反应备受人们关注，压强可以降低化学反应势垒，提高反应速率和产物产率，研究环状酸酐在高压下的结构变化规律，有利于探索新的化学反应路径，降低反应成本，拓宽环状酸酐的应用前景。本文选取了邻苯二甲酸酐和均苯四甲酸二酐两种典型的环状酸酐，使用金刚石对顶砧技术和原位拉曼光谱测量技术，测量了这两种样品的高压拉曼光谱，对其结构相变进行了研究，同时探究了基模之间的非谐振耦合现象。 邻苯二甲酸酐（C8H4O3）是邻苯二甲酸脱去一个水分子后形成的环状酸酐，它在化工产业中发挥着不可替代的作用，是生产多种重要化工产品的中间体。本文测量了邻苯二甲酸酐在常压至16GPa压强范围内的拉曼光谱，结果显示大多数拉曼谱带随着压强的增大向高波数方向移动，在1.9GPa和6.6GPa左右时，频移-压强曲线的斜率有明显的改变，我们认为邻苯二甲酸酐在这两个压强点分别发生了一阶相变。我们观察到，随着压强的增加，波数为773cm?1和801cm?1的两个基本振动模式的相对强度有明显的变化，我们推断：压力诱导的相变满足了费米共振频率接近、对称性相同的要求，两个基模间出现费米共振现象，发生了能量的转移,我们讨论了四个费米共振参数随压强变化的关系。 均苯四甲酸二酐（C10H2O6）是由均苯四甲酸脱水形成的化合物，它与邻苯二甲酸酐结构相似，二者均由苯环和羰基构成，但均苯四甲酸二酐的苯环上要比邻苯二甲酸酐多两个羰基。因此，为了探索羰基造成的结构差异对二者在高压下结构变化有何影响，我们测量了均苯四甲酸二酐高达16GPa的拉曼光谱，我们发现大多数拉曼谱带与压强有良好的线性关系，其波数随压强的增大而线性增加。在压强的作用下，1837cm-1和1865cm-1两个拉曼谱带的相对强度发生了明显的变化。在8.0GPa左右时，我们观察到了拉曼谱带的消失和新的拉曼谱带的出现，并且频移-压强曲线有明显的拐点，我们认为均苯四甲酸二酐在8.0GPa时可能经历了一阶相变，与邻苯二甲酸酐1.9GPa和6.6GPa的两个相变点相比，均苯四甲酸二酐的相变点延迟且只经历了一次一阶相变，我们推断四个对称的羰基结构保证了其在高压下的结构稳定。另外，我们还讨论了几个拉曼谱带在相变前后对压强的不同响应程度。
高压环境;拉曼光谱;环状酸酐;邻苯二甲酸酐;均苯四甲酸二酐;费米共振
吉林大学
硕士
光学
周密
2023
中文
O657.37
2023-08-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）