[发明专利]一种基于两相转移体系的单重态氧产生方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧碘化学激光器中单重态氧的产生方法，具体地说是一种基于碱性离子液体-过氧化氢水溶液两相转移体系的单重态氧产生方法。

背景技术

氧碘化学激光器是目前唯一成功运转在电子态跃迁的化学激光器，波长为1.315μm，正好位于大气窗口，在多个方面具有良好的应用前景，因而获得了广泛的重视。

单重态氧(O₂(¹Δ))作为氧碘化学激光的能量来源，对碘的解离、泵浦传能等过程具有直接影响，其浓度在一定程度上决定了氧碘化学激光器化学效率等重要技术指标，甚至决定了激光器能否正常稳定运行。因此，单重态氧的获取是氧碘化学激光器研究、设计过程中所面临的首要问题之一。

虽然目前单重态氧的产生方法有多种，比如氯气与碱性过氧化氢溶液的气-液反应法、氯气与固体过氧化物或超氧化物的气-固反应法、富勒烯的光敏化反应法等等，当前，已经获得实用的主要还是气-液反应法。这主要是因为气-液反应法能够稳定、快速、大量地获取高绝对浓度的单重态氧，满足了氧碘化学激光器的需求。

然而，传统的气-液体系也存在一些明显的缺点，其中最严重的就是参与反应的碱性过氧化氢溶液会将大量的水(H₂O)带入激光器中。这些H₂O首先由BHP携带进入氧发生器中，在BHP与氯气(Cl₂)之间发生的反应的热作用下，极易于转移至氧发生器的气相中，进一步地被带入氧碘化学激光器后续的氧碘混合段，从而导致了水(H₂O)在激光器中的普遍存在。有研究表明，水分子(H₂O)在激光器中的大量普遍存在是导致氧碘化学激光器中活性物种严重猝灭的关键因素。这是因为，H₂O分子中H-OH键的振动能级与活性物种(包括单重态氧和活性碘原子)共振传能能级接近，活性物种易于将能量传至H₂O而回到基态，从而导致活性物种严重猝灭。

针对上述问题，一种解决方法是将反应体系中可能出现H₂O的地方以重水(D₂O)替代，即采用所谓的碱性过氧化氘(BDP)溶液来代替BHP，这样就能够避免H₂O对活性物种的猝灭作用。因为利用D₂O替换H₂O并不改变水的化学反应特性，但由于D的原子质量与H不同，其中D-OD的振动能级与H₂O中H-OH以及活性物种的振动能级存在较大差异，从而避免了活性物种与水之间的共振传能导致的失活。研究结果证实，在H₂O中O₂(¹Δ)的存活寿命为3.8μs，而在D₂O中这一时间被延长至62μs(A.A Gorman,Singlet oxygen,in CRC Handbook of Organic Photochemistry,Vol.II(J.C.Scaiano Ed.),CRC press,Boca Raton,FL,p.229-247,1989)，D₂O蒸汽对活性碘物种的猝灭作用是H₂O蒸汽的1/50(J.Chem.Phys.Vol.64,No.4,p.1850,1976)。

然而，上述解决方法大幅提高了氧碘化学激光器的运行成本。重水在自然界中的丰度较低，其提取成本极高，按常规供应渠道，99.9D.％的重水价格达到万元左右每公斤，这使得氧碘化学激光器的运行成本变得难以接受。

因此，如果能够找到一种新的反应体系，既能保持气-液反应体系的高效特性，又能避免H₂O对氧碘化学激光器中活性物种的不良影响，则不失为一种理想的单重态氧产生体系。

发明内容