第35卷，第4期 2015年4月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
有机官能团的太赫兹光谱特征研究
Vol.35,No.4·pp870-874
April;2015
马春前，许向东*，邹慈矫，刘一客，何琼，蒋亚东，黄锐，温粤江，孙自强
电子科技大学光电信息学院，电子薄膜与集成器件国家重点实验室，光电探测及传感集成教育部重点实验室，四川成都610054
摘要采用傅里叶远红外光谱仪（FTIR），在室温条件下测量了多种饱和直链有机小分子的太赫兹光谱。测试结果显示，有机官能团的差异导致有机物的太赫兹光谱特征显著不同。其中，有机物的晶格振动吸收峰和分子间氢键的振动吸收峰分别位于太赫兹高频和低频波段。而且，饱和直链一元醇的一0H官能团产生的分子间氢键的特征峰位于57cm一1，而三十烷酸的一C00H官能团产生的分子间氢键的特征峰则位于74 cm-1。分子间氢键使三十烷醇和三十烷酸对太棘慈辐射的吸收能力明显地强于三十烷烃。相比于三十烷醇，三十烷烧酸的太赫慈特征峰还发生有规律的红移和蓝移现象。此外，还采用密度泛函理论B3LYP/6-311G（d， P)基组对饱和直链烷烃、烷醇和烷酸的太赫兹光谱进行了仿真计算，发现分子间氢键作用越强的有机物的单体分子的仿真结果与实测光谱的吻合程度越低。二聚体结构的仿真结果与实测光谱的吻合程度明显地高于单分子结构。研究结果对利用FTIR研究其他有机官能团的太赫慈光谱特征、探索有机分子内部的振动模
式、探究有机物太赫慈响应的物理原理及器件应用等具有重要意义。关键词太赫兹光谱；有机官能团；特征；测量；仿真
中图分类号：0657.3
引言
文献标识码：A
DOI : 10, 3964 /j issn. 1000-0593(2015 )04-0870-05
Walther等]采用太赫兹时域光谱(THz-TDS)研究了视黄醛分子异构体9-cis，13-cis和all-trans，并获得分子的不同振动模式。此外，Song等的研究表明，通过FTIR和THz-
太赫兹通常是指频率在0.1～10THz、波长为3mm~ 30um的电磁波，位于中红外波和毫米波之间，属于远红外波段了。太赫兹光子的能量与分子振动、转动能级之间跃迁的能量大致相当，因此有机分子的振动和转动跃迁、分子之间的相互作用、以及晶格振动等都位于该波段了。这些不同类型的振动模式包含丰富的物质的指纹信息，为研究物质的化学结构和物理性能提供了一种新的有效途径。近年，太赫兹光谱的实验测试与仿真计算的相关研究已引起学术界的密切关注。据此，主卫宁等人曾对有机物太赫慈光谱的特征峰进行有效归属"，"]。研究不同有机官能团在太赫兹波段的光谱特征、息结不同有机物的太赫慈响应规律等成果，不仅有助于研发利用有机官能团对太赫兹光子进行操控的新技术，还有助于探究有机物的太赫兹响应原理、理解有机物的化学结构与太赫慈特性之间的联系：从而研发性能更优、针对性更强的太赫兹有机敏感材料，推动太赫兹器件研究的开展。由此可见，有机官能团的太赫慈光谱特征研究是太赫效
技术的一个重要方面，具有重要的学术与应用价值。收稿日期：2014-04-15，修订日期：2014-08-08
TDS技术在低频波段（1.5～2.5THz)获得的物质的指纹信息基本相同，说明此两种测量方式均可有效地测试物质在太赫兹波段的指纹信息。此后，人们对一些结构相似的物质进行了太赫兹光谱研究。这些研究成果有助于人们理解化学结构对太赫效响应特性的影响。遗憾的是，自前为止，关于有机物官能团变化对太赫兹光谱的影响规律研究还未见文献报道。此方面不足不仅制约了人们对有机功能材料的太赫兹响应原理的深人理解，还限制了人们对有机功能材料更好地进行选择、改进与利用。
为此，选择一些结构类似、但官能团不同的饱和直链有机小分子，利用FTIR在30～300cm-(0.9～9THz)波数范围对这些有机物进行测试，从光谱的特征峰和平均透过率等方面研究有机小分子的太赫兹响应规律。此外，还利用 Gaussian09软件中的密度泛函理论B3LYP/6-311G(d，p)基组对一些典型的有机小分子进行理论计算。本工作系统的研究成果：对于未来研制新型的太赫慈墩感材料、探究太赫效响应的物理原理、开发性能更优的探测器件等都具有重要意
基金项目：国家自然科学基金项目（NSFC61071032，61377063，61235006，61421002)资助作者简介：马春前，1988年生，电子科技大学光学工程硕士研究生
*通讯联系人e-mail:xdxt@uestc.edu,cn; zouruijiad@126.com