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Infrared spectroscopy of Mg-CO2 and Al-CO2 complexes in helium nanodroplets.
The Journal of Chemical Physics ( IF 3.1 ) Pub Date : 2015-05-07 , DOI: 10.1063/1.4919693
Brandon J Thomas 1 , Barbara A Harruff-Miller 2 , Christopher E Bunker 3 , William K Lewis 3
The Journal of Chemical Physics ( IF 3.1 ) Pub Date : 2015-05-07 , DOI: 10.1063/1.4919693
Brandon J Thomas 1 , Barbara A Harruff-Miller 2 , Christopher E Bunker 3 , William K Lewis 3
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The catalytic reduction of CO2 to produce hydrocarbon fuels is a topic that has gained significant attention. Development of efficient catalysts is a key enabler to such approaches, and metal-based catalysts have shown promise towards this goal. The development of a fundamental understanding of the interactions between CO2 molecules and metal atoms is expected to offer insight into the chemistry that occurs at the active site of such catalysts. In the current study, we utilize helium droplet methods to assemble complexes composed of a CO2 molecule and a Mg or Al atom. High-resolution infrared (IR) spectroscopy and optically selected mass spectrometry are used to probe the structure and binding of the complexes, and the experimental observations are compared with theoretical results determined from ab initio calculations. In both the Mg-CO2 and Al-CO2 systems, two IR bands are obtained: one assigned to a linear isomer and the other assigned to a T-shaped isomer. In the case of the Mg-CO2 complexes, the vibrational frequencies and rotational constants associated with the two isomers are in good agreement with theoretical values. In the case of the Al-CO2 complexes, the vibrational frequencies agree with theoretical predictions; however, the bands from both structural isomers exhibit significant homogeneous broadening sufficient to completely obscure the rotational structure of the bands. The broadening is consistent with an upper state lifetime of 2.7 ps for the linear isomer and 1.8 ps for the T-shaped isomer. The short lifetime is tentatively attributed to a prompt photo-induced chemical reaction between the CO2 molecule and the Al atom comprising the complex.
中文翻译：
氦纳米液滴中 Mg-CO2 和 Al-CO2 复合物的红外光谱。
催化还原二氧化碳生产碳氢化合物燃料是一个引起广泛关注的话题。高效催化剂的开发是此类方法的关键推动因素，而金属基催化剂已显示出实现这一目标的希望。对二氧化碳分子和金属原子之间相互作用的基本了解的发展预计将有助于深入了解此类催化剂活性位点发生的化学反应。在当前的研究中，我们利用氦滴方法组装由 CO2 分子和 Mg 或 Al 原子组成的复合物。使用高分辨率红外（IR）光谱和光选质谱来探测复合物的结构和结合，并将实验观察结果与从头计算确定的理论结果进行比较。在 Mg-CO2 和 Al-CO2 系统中，获得两个红外波段：一个分配给线性异构体，另一个分配给 T 形异构体。对于 Mg-CO2 复合物，与两种异构体相关的振动频率和旋转常数与理论值非常一致。对于 Al-CO2 复合物，振动频率与理论预测一致；然而，两种结构异构体的谱带表现出显着的均匀展宽，足以完全掩盖谱带的旋转结构。展宽与线性异构体 2.7 ps 和 T 形异构体 1.8 ps 的上限寿命一致。短寿命暂时归因于 CO2 分子和构成络合物的 Al 原子之间的快速光诱导化学反应。
更新日期：2015-05-07
中文翻译：
氦纳米液滴中 Mg-CO2 和 Al-CO2 复合物的红外光谱。
催化还原二氧化碳生产碳氢化合物燃料是一个引起广泛关注的话题。高效催化剂的开发是此类方法的关键推动因素，而金属基催化剂已显示出实现这一目标的希望。对二氧化碳分子和金属原子之间相互作用的基本了解的发展预计将有助于深入了解此类催化剂活性位点发生的化学反应。在当前的研究中，我们利用氦滴方法组装由 CO2 分子和 Mg 或 Al 原子组成的复合物。使用高分辨率红外（IR）光谱和光选质谱来探测复合物的结构和结合，并将实验观察结果与从头计算确定的理论结果进行比较。在 Mg-CO2 和 Al-CO2 系统中，获得两个红外波段：一个分配给线性异构体，另一个分配给 T 形异构体。对于 Mg-CO2 复合物，与两种异构体相关的振动频率和旋转常数与理论值非常一致。对于 Al-CO2 复合物，振动频率与理论预测一致；然而，两种结构异构体的谱带表现出显着的均匀展宽，足以完全掩盖谱带的旋转结构。展宽与线性异构体 2.7 ps 和 T 形异构体 1.8 ps 的上限寿命一致。短寿命暂时归因于 CO2 分子和构成络合物的 Al 原子之间的快速光诱导化学反应。
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