飞秒可见-中红外瞬态吸收光谱

   

     飞秒瞬态吸收光谱技术是一种常用的泵浦-探测技术，可以探测物质的激发态动力学信息以及物质的超快动力学过程，因而被广泛应用于能量传递、电荷转移、化学键的生成与断裂、构型驰豫和异构化过程等的研究。

原理：该方法利用一束泵浦脉冲激光激发被测样品，使其化学或物理性质发生改变因而导致样品的吸收性质发生改变，另一束激光脉冲探测样品被激发后所产生的的吸收度变化。通过改变泵浦和探测光之间的时间延迟，可以得到样品在光激发后不同延迟时刻的吸收光谱的变化，即瞬态吸收光谱。当有泵浦光作用时，通过样品后探测光强度为Ι_on(λ)；当没有泵浦光作用时通过样品后探测光强度为Ι_off(λ)。所以有泵浦光作用和没有泵浦光作用下样品吸收度的变化ΔOD(λ)=log[Ιoff(λ)/Ιon(λ)]，通过调节探测光相对于泵浦光的延迟时间t，把每个延迟时间下的都记录下来，便可得到ΔOD(λ,t)。ΔOD(λ,t)是一个关于波长和时间变化的函数，该函数反应的便是物质激发后的动力学随时间的演化。

配置：实验使用的激发光脉冲来自由钛宝石飞秒激光器（35fs，800 nm， 1 kHz）泵浦的光参量放大器（TOPAS Prime, Spectra Physics）。超连续探测脉冲由两部分组成，其一是由800 nm的激光脉冲通过聚焦到蓝宝石（或氟化钙晶体）中产生。超宽的中红外探测脉冲则由800 nm的激光首先通过倍频（400 nm），然后进一步将所得的倍频光（400 nm）与基频光（800 nm）在空气中聚焦并时间和空间达到重合的情况下产生。光路中通过一个精密的电动时间延迟线来控制激发光和探测光之间的时间延迟。实验中可见探测光的变化通过两台光纤光谱仪收集（AvaSpec-ULS2048CL-EVO，AvaSpec-NIR256-1.7-HSC-EVO，Avantes）,而中红外探测光的变化则通过64像素碲镉汞中红外光谱仪（FPAS-0144，Infrared Systems Development Corporation）收集。实验装置的具体光路图如下所示：

 

 

应用：结合可见脉冲以及中红外脉冲探测，能够对物质中光诱导的不同成分进行合理分析。近年来，我们研究组利用飞秒可见-中红外瞬态吸收光谱技术，对有机小分子中自由载流子的产生、锐钛矿TiO₂纳米颗粒中的缺陷态分布、光合蛋白与TiO₂纳米颗粒之间的能量传递、超薄二维材料异质结间的电荷转移、MoS₂中的光热效应以及MoS₂中热剩子效应等进行了研究。

科研进展：

【2015】分子作用一小步，光电性质一跨步

【2018】二维材料及其异质结中超快电荷转移与能量耗散动力学研究

【2019】硼掺杂二氧化钛光催化剂的光解水反应机理研究

【2019】MoTe₂中超快载流子动力学研究

近期代表工作：

J. Chem. Phys. 2019 151, 114704 

Phys.Chem.Chem.Phys., 2019  21 4349

ACS Nano 2018 12 8961−8969

Scientific Reports, 2015, 5,17076