Метод масс-спектрометрии резонансного захвата электронов, как инструмент для исследования электроактивных органических молекул

---

273 
М.М. ТАЮПОВ, А.В. МАРКОВА, А.М. САФРОНОВ, К.Ю. ПОГЛАЗОВ 
Институт физики молекул и кристаллов УФИЦ РАН, Уфа, Россия 
МЕТОД МАСС-СПЕКТРОМЕТРИИ РЕЗОНАНСНОГО ЗАХВАТА ЭЛЕКТРОНОВ, КАК ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ 
ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОАКТИВНЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ МОЛЕКУЛ
Методом масс-спектрометрии отрицательных ионов резонансного захвата медленных (0-15 эВ) электронов исследованы молекулы 
кумарина. Анализ каналов распада молекулярных отрицательных ионов (ОИ) на стабильные фрагменты с использованием результатов 
квантово-химических расчетов в приближении теории функционала плотности позволил определить наиболее вероятные структуры 
осколочных ионов. Экспериментально измерено среднее время жизни молекулярных ОИ относительно автоотщепления электрона и 
сродство к электрону для данного соединения. 
M.M. TAYUPOV, A.V. MARKOVA, A.M. SAFRONOV, K.YU. POGLAZOV 
Institute of Molecule and Crystal Physics, Ufa Federal Research Centre, Russian Academy of Sciences,Ufa, Russia 
 
THE METHOD OF RESONANT ELECTRON ATTACHMENT MASS SPECTROMETRY AS A TOOL 
FOR THE STUDY OF ELECTROACTIVE ORGANIC MOLECULES
Coumarin molecules were studied using the method of negative ion mass spectrometry of resonant attachment of slow (0-15 eV) electrons. 
The analysis of the decay channels of molecular negative ions (NI) into stable fragments with the results of quantum chemical calculations in the 
approximation of the density functional theory allowed us to determine the most probable structures of fragment ions. We conducted experiments 
measuring the average lifetime of molecular NI relative to electron auto-cleavage and electron affinity for the given compound 
Как показывают последние тенденции, в мировой науке вырос интерес к экспериментальным и теоретическим 
исследованиям фундаментальных квантовых эффектов, возникающих в изолированных молекулярных системах при 
захвате медленных (0-15 эВ) электронов по резонансным механизмам (резонанс формы, колебательный резонанс 
Фешбаха, электронно-возбужденный резонанс). К таким эффектам в первую очередь относятся перегруппировочные 
процессы (изомеризация) и возбуждение внутренних вращений в отрицательных молекулярных ионах, содержащих 
большой запас, до нескольких электронвольт, избыточной внутренней энергии. Релаксация первичного электронно-
возбужденного состояния отрицательного иона обычно происходит путем безызлучательных переходов без изменения 
спина (внутренняя конверсия), что сопровождается перераспределением избыточной энергии по колебательным и 
вращательным степеням свободы. В качестве объектов исследования, обычно, выбирают молекулы, обладающие 
выраженными электрон-акцепторными свойствами и моделирующие активные структуры проводящих полимерных 
материалов (например, производные фталида[1]), обладающие внутренними вращениями (например, молекулы 
триклозана [2]), а также такие, строение которых допускает возможностью внутримолекулярного разрыва ковалентной 
связи (например, производные кумарина [3]), включая органические полупроводники (производные перилен- и нафтален-
тетракарбоксильныхдиангидридов [4]), перспективные в быстро развивающихся областях молекулярной электроники и 
фотоники.Ранее, с помощью метода масс-спектрометрии резонансного захвата электронов,было показано, что переход 
полимерных пленок, содержащих в себе элементы фталида, в высокопроводящее состояние, связан с тенденцией 
мономерного соединения к раскрытию пятичленного цикла с разрывом связи C−O через переходное состояние, лежащее 
в области энергии 0.65 эВ [5]. Дальнейшее же изучение изомеров фталида показало, что такой процесс является 
уникальным[6]. 
В представленной работе были исследованы молекулы кумарина, в которых изучалась возможность образования 
молекулярных ОИ по сходному со фталидом механизму, но при раскрытиишестичленного цикла. Как показал эксперимент 
и квантово-химические расчеты, молекулы кумарина образовывали молекулярные ОИ при тепловых энергиях с 
сохранением исходной конформации.Экспериментально было определено время жизни молекулярных ОИ (около 29 мкс). 
В рамках приближения Аррениуса была оценена величина адиабатического сродства к электрону (EAa), которая составила 
1.17 эВ. Установлено, что теоретические значения EAa, вычисленные методом B3LYP/6-31+G(d) с минимальными 
добавлением диффузных функций, как разность полных энергий нейтральной молекулы и анион радикала, неплохо 
коррелируют с величинами EAa, полученными изэксперимента. 
 
Список литературы 
1. 
Асфандиаров Н. Л., Пшеничнюк С. А., Рахмеев Р. Г., Лачинов А. Н., Крайкин В. А.//Журнал технической физики, 2018, Том 
88, №. 7, стр. 1085-1090. 
2. 
S. A. Pshenichnyuk et al. // Physical Review Research, 2020, Vol. 2, №. 1, p. 012030. 
3. 
М.М. Таюпов, Р.Г. Рахмеев, Н.Л. Асфандиаров, С.А. Пшеничнюк // Математическая физика и компьютерное моделирование, 
2020, том 23, №. 3. 
4. 
А. С. Комолов и др. // Физика твердого тела, 2018, том 60, №. 4, стр. 799-804. 
5. 
N.L. Asfandiarov, S.A. Pshenichnyuk, A.S. Vorob’ev, E.P. Nafikova, A.N. Lachinov, V.A. Kraikin, A. Modelli // J. Chem. Phys., 2015, 
Vol. 142, p. 174308. 
6. 
А.М. Сафронов и др.// Математическая физика и компьютерное моделирование, 2021, Том 24, № 4, стр. 67-78.