Chirped-pulse millimeter-wave spectroscopy for dynamics and kinetics studies of pyrolysis reactions

文献情報

出版日 2014-03-31
DOI 10.1039/C3CP55352C
インパクトファクター 3.676
著者

G. Barratt Park, Rachel G. Shaver, AnGayle K. Vasiliou, James M. Oldham, Donald E. David, John S. Muenter, John F. Stanton, Arthur G. Suits, G. Barney Ellison, Robert W. Field


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要旨

A Chirped-Pulse millimeter-Wave (CPmmW) spectrometer is applied to the study of chemical reaction products that result from pyrolysis in a Chen nozzle heated to 1000–1800 K. Millimeter-wave rotational spectroscopy unambiguously determines, for each polar reaction product, the species, the conformers, relative concentrations, conversion percentage from precursor to each product, and, in some cases, vibrational state population distributions. A chirped-pulse spectrometer can, within the frequency range of a single chirp, sample spectral regions of up to ∼10 GHz and simultaneously detect many reaction products. Here we introduce a modification to the CPmmW technique in which multiple chirps of different spectral content are applied to a molecular beam pulse that contains the pyrolysis reaction products. This technique allows for controlled allocation of its sensitivity to specific molecular transitions and effectively doubles the bandwidth of the spectrometer. As an example, the pyrolysis reaction of ethyl nitrite, CH3CH2ONO, is studied, and CH3CHO, H2CO, and HNO products are simultaneously observed and quantified, exploiting the multi-chirp CPmmW technique. Rotational and vibrational temperatures of some product molecules are determined. Subsequent to supersonic expansion from the heated nozzle, acetaldehyde molecules display a rotational temperature of 4 ± 1 K. Vibrational temperatures are found to be controlled by the collisional cooling in the expansion, and to be both species- and vibrational mode-dependent. Rotational transitions of vibrationally excited formaldehyde in levels ν4, 2ν4, 3ν4, ν2, ν3, and ν6 are observed and effective vibrational temperatures for modes 2, 3, 4, and 6 are determined and discussed.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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