激光诱导化学反应原理

2005/3/2/16:13   在常温常压下不能进行但在激光的照射下可被诱发的化学反应。激光具有单色性、高强度和短脉宽等优越性能，是诱发光化学反应最理想的光源。激光诱导化学反应主要是指激光光解反应以及由光解碎片引起的后续化学反应，例如，激光光解可以产生自由基或原子，所产生的自由基又可以诱发链锁反应。用各种波长激光（红外、可见、紫外）诱发的化学反应大约有几百种。根据波长的不同，激光诱发化学反应的机理也不相同，一般可分为两类：①红外激光诱导化学反应。这类反应的特点是反应物分子被提升到振动激发态，属于这一类反应的有红外敏化反应、振动异构化反应、红外异相催化反应、红外诱导链反应、红外光解范德华分子反应以及红外多光子离解反应。20世纪70年代发现了多光子红外离解现象，尤其是多原子分子，只要分子的基频或泛频频率与激光频率相等，就有可能发生多光子离解反应，这是激光诱导化学反应的一个新领域，红外多光子离解反应要求激光必须有足够高的强度（至少10⁸瓦／平方厘米）。

    红外激光诱导化学反应中，激光的作用不是简单的热作用，而是红外光子同分子内的特定键或振动膜之间发生共振耦合。因此，红外激光诱导化学反应是一种定向的、低反应活化能的快速过程，具有高度的选择性。以三氯化硼分子为例，该分子的v₃（955cm^-1），相应于反对称伸缩振动。当用低功率的二氧化碳红外激光（λ＝10.55微米)辐照含有BCl₃分子的混合气体时，将诱发化学反应。如混合气体为BCl₃＋H₂S，常温常压下不发生反应。在激光辐照时，使B—Cl键被激发，并发生以下反应过程：

   
   3BCl₂SH→（BClS）₃＋3HCl
   （BClS）₃→B₂S₃＋BCl₃

    ②紫外或可见激光光解反应。在这类反应中反应物分子被激发至电子激发态。因为绝大多数分子的离解能在60～752.4千焦／摩尔或3～7电子伏之间，这就需要波长为400～140纳米的紫外光辐照才行。原则上讲，只要选择合适波长的激光，任何分子都能被光解，对同一分子来说，不同波长的激光辐照时有可能按不同的方式光解。例如，激光法生产氯乙烯（C₂H₃Cl）：

   C₂H₄ClC₂H₄Cl·＋Cl·
   C₂H₄Cl₂＋Cl·→C₂H₃Cl₂·＋HCl
   C₂H₃Cl₂·C₂H₃Cl＋Cl·这是一个紫外激光诱导的自由基链反应，关键是二氯乙烷被准分子激光光解所引发。激光诱导化学反应已用于10余种同位素的分离。