将可调谐半导体激光吸收光谱技术应用于高温气体浓度在线检测, 谱线参数的准确性非常重要。 为利用红外波段进行燃烧生成H2O的浓度在线测量, 需要实验校准H2O的谱线参数, 尤其是Ar加宽系数, 该系数对燃烧反应速率测量和机理验证至关重要。 采用半导体激光器作为光源, 结合实验室搭建的谱线参数测量系统, 采集了1.39 μm波段附近H2O的4条吸收谱线信号, 获得了谱线线强、 自加宽系数和N2加宽系数, 与HITRAN数据库和文献结果进行了对比, 均吻合较好。 首次系统地获得了该波段谱线的Ar加宽系数。 在谱线参数确定基础上, 获得了在反射激波高温条件下H2/O2/Ar燃烧生成H2O的浓度随时间的演变曲线, 验证了相应燃烧动力学机理。 结果为利用该波段进行含氢燃料燃烧过程H2O浓度测量及相关高温燃烧动力学研究提供了可靠的实验依据。

建立了碳氢燃料在反射激波作用下高温裂解碳烟生成的检测系统, 利用激光消光法测量了甲苯/氩气在高温条件下裂解生成碳烟的产率。 实验条件: 甲苯摩尔浓度0.25%和0.5%, 压力约2和4 atm, 温度1 630～2 273 K。 获得了碳烟产率随温度、 压力和燃料浓度的变化规律。 碳烟产率随温度变化呈高斯分布, 随着压力或浓度的增大, 碳烟产率增大, 碳烟产率最大达55%。 产率的峰值温度随压力变化不大, 但甲苯摩尔浓度从0.25%增大到0.5%时, 峰值温度从1 852变为1 921 K。 对比了压力为4 atm, 燃料摩尔浓度为0.5%的甲基环己烷和甲苯的碳烟产率, 甲基环己烷裂解碳烟产率峰值对应的温度为2 045 K, 比甲苯约高135 K, 但其最大碳烟产率仅有甲苯的1/8。 结果为研究发动机内碳烟颗粒物排放及碳烟形成机理提供了实验依据。

采用三组单色仪探测系统, 测量了甲基环己烷在高温反射激波作用下瞬态燃烧反应过程中三种激发态自由基OH*, CH*和C*2的特征光辐射, 得到了激发态自由基时间历程和光辐射相对强度随温度的变化规律。 反射激波温度1 200～1 700 K, 激波压力1.5 atm, 甲基环己烷摩尔分数0.1%, 当量比1.0。 在点火燃烧初始阶段三种自由基几乎同时产生, 自由基持续时间随着温度的升高而变短。 相同温度下CH*和OH*自由基持续时间大于C*2自由基, 在1 400 K以下C*2自由基发光消失。 OH*和CH*自由基发光强度在T<1 400 K时对温度变化不敏感, 而在T>1 400 K时CH*自由基峰值随温度快速增长, C*2和OH*峰值随温度增大比较平缓。 将实验结果和化学反应机理模拟结果进行了对比, 实验获得的OH*自由基时间历程在低温时和机理预测结果吻合较好, 但在高温时有一定差异。 CH*自由基时间历程在高温与机理结果吻合较好, 在低温时机理预测结果CH*自由基持续时间要长于实验结果。 实验测得的结果为含激发态物种化学反应动力学机理的验证和优化提供了依据。

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算, 研究了Te掺杂对单层MoS2能带结构、电子态密度和光电性质的影响。结果表明, 本征单层MoS2属于直接带隙半导体材料, 其禁带宽度为1.64 eV。本征单层MoS2的价带顶主要由S-3p态电子和Mo-4d态电子构成, 而其导带底则主要由Mo-4d态电子和S-3p态电子共同决定; Te掺杂单层MoS2为间接带隙半导体材料, 其禁带宽度为1.47 eV。同时通过Te掺杂, 使单层MoS2的静态介电常数增大, 禁带宽度变窄, 吸收光谱产生红移, 研究结果为单层MoS2在光电器件方面的应用提供了理论基础。

采用ICCD动态光谱探测系统, 对6.25×10-5 mol/L浓度漆黄素分别与不同浓度盐酸溶液、氢氧化钠溶液和硝酸钠溶液的反应过程进行了实时吸收光谱测量。结果显示, 漆黄素与不同浓度的NaOH溶液都能发生反应, 特别与浓度0.04 mol/L的NaOH溶液反应最为明显, 反应过程中有中间产物的331 nm和393 nm光谱吸收峰出现; 漆黄素只与部分浓度NaNO3溶液发生反应, 但与0.5 mol/L的NaNO3溶液反应非常明显。这些反应的最终产物都非常稳定。本实验首次发现6.25×10-5 mol/L漆黄素还能与一个特定浓度6 mol/L的HCl溶液发生反应, 并观察到了其最终产物在237 nm和314 nm的两个吸收光谱峰。本文研究结果为了解漆黄素与酸、碱、盐等物质反应的特性提供了实验依据。

采用加热激波管和增强型CCD瞬态光谱测量系统, 在波长范围200~900 nm, 点火压力4.0 atm, 点火温度(1 200~1 300) K, 当量比0.5、1.0和2.0的条件下, 实时测得了正十二烷/空气和正十二烷/氧气/氩气燃烧过程的瞬态发射光谱.结果表明：燃烧过程在此波段内的主要发射光谱带归属于反应中间产物OH、CH和C2自由基；在不同当量比条件下, 燃烧过程中OH(306.4 nm)/CH(431.4 nm)/C2(516.4 nm)的光谱强度显著不同, 贫油情形有利于OH自由基生成, 富油情形有利于C2自由基生成；浴气的不同会导致燃料燃烧温度的不同, 从而引起燃料燃烧发射光谱的不同.所测燃烧反应自由基的时间分辩光谱直观反映出正十二烷燃烧过程中重要中间产物OH、CH和C2的变化情况.研究结果有助于认识正十二烷燃烧反应特性和验证其燃烧反应机理.

采用ICCD瞬态光谱测量系统和加热激波管, 在点火压力2.0 atm, 点火温度1　100～1 600 K, 当量比1.0, 燃料摩尔分数1.0% 条件下, 实时测得了正癸烷/氧气/氩气燃烧过程的瞬态发射光谱, 光谱范围200～850 nm。 结果显示燃烧过程中主要发射光谱带归属于小分子中间产物OH, CH和C2自由基, 光谱强度的变化反映了燃烧过程中三种自由基浓度的变化历程; 正癸烷燃烧过程中光谱强度峰值之比大于同为链烷烃的正庚烷相应OH/CH峰强度之比, 揭示出两种链烃燃烧反应机理有较大差异。 实验还获得了正癸烷燃烧过程中能显示谱带转动结构的CH和C2高分辨特征发射光谱。 实验结果对了解正癸烷燃烧性质和验证正癸烷燃烧反应机理很有意义。

采用ICCD瞬态光谱探测系统和化学激波管， 在点火温度1 408 K， 点火压力2.0 atm， 燃料摩尔分数1.0%， 当量比1.0的条件下， 拍摄了正庚烷燃烧过程中不同时刻的瞬态发射光谱， 光谱曝光时间6 μs， 拍谱范围200～850 nm。 确认了在所拍光谱范围内主要是OH， CH和C2自由基的特征辐射光谱， 表明小自由基OH， CH和C2是正庚烷燃烧过程中重要的反应中间产物。 所拍时间分辨光谱显示， 在正庚烷燃烧反应中， OH， CH和C2自由基一出现很快就达到其浓度峰值， 但CH和C2自由基随着反应的进行迅速减少至消失， OH自由基持续的时间却长很多。 实验结果为了解正庚烷燃烧反应微观过程和验证其燃烧反应机理提供了实验依据。

利用激波管实验装置由反射激波点火， 在点火温度1 164～1 566 K， 点火压力1.03～1.99 atm， 燃料浓度为1.0%， 当量比为1.0的条件下， 用光谱单色仪、 光电倍增管、 压力传感器和示波器等组成测试系统， 测量了甲基环己烷燃烧过程中主要中间产物OH, CH和C2自由基特征光辐射随时间的连续变化， 并测得了甲基环己烷/氧气/氩气的点火延迟时间。 通过对测量结果的分析， 初步认识了甲基环己烷燃烧反应中几个主要中间产物的光辐射特性及其反映出的甲基环己烷燃烧反应特性。 实验所测点火延迟时间与已报道的实验结果和燃烧反应机理预测结果符合较好。 本文实验结果为构建和验证甲基环己烷燃烧反应机理提供了实验依据。

用ICCD瞬态光谱探测系统, 检测了乙醇溶剂中丹参酮ⅡA及其与Cu(Ⅱ)形成的配合物的紫外-可见吸收光谱。 采取密度泛函(DFT)方法优化几何构型, 获得了丹参酮ⅡA及丹参酮ⅡA-Cu(Ⅱ) 配合物的稳定几何结构。 在此基础上, 运用含时密度泛函(TD-DFT)方法, 计算了丹参酮ⅡA及丹参酮ⅡA-Cu(Ⅱ)配合物的气相和乙醇溶剂(PCM)中的电子吸收光谱。 结果表明, 乙醇溶剂效应使丹参酮ⅡA的吸收光谱红移, 配合物的吸收光谱蓝移。 计算得到的溶液相丹参酮ⅡA及丹参酮ⅡA-Cu(Ⅱ)配合物电子吸收光谱与实验测量光谱符合较好。 本文首次测量和计算得到了丹参酮ⅡA与Cu(Ⅱ)形成的配合物的电子吸收光谱。