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研究生:陳嘉淵
研究生(外文):Chia-Yuan Chen
論文名稱:2-鹵化乙醇在Cu(100)表面上的熱化學研究
論文名稱(外文):The thermal chemistry of β-halohydrins on Cu(100) surface
指導教授:林榮良
指導教授(外文):Jong-Liang Lin
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:化學系碩博士班
學門:自然科學學門
學類:化學學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:103
中文關鍵詞:2-碘乙醇超高真空系統2-溴乙醇反射式吸收紅外線光譜2-氟乙醇銅(100)單晶2-鹵化乙醇2-氯乙醇程序控溫反應/脫附
外文關鍵詞:ClEtOHIEtOHCu(100)TPR/DFEtOHRAIRShalohydrinsBrEtOHUHV
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中文摘要

本篇論文是以程序控溫反應/脫附(TPR/D)和反射式吸收紅外光譜(RAIRS)來研究在超高真空系統中β-halohydrins (XCH2CH2OH, X=F,Cl,Br,I)在Cu(100)表面上的吸附與反應。擁有一個OH基的乙醇在Cu(100)上進行可逆吸附而無法分解;在鹵化乙烷方面,經由碳鹵鍵的斷裂,在表面上形成鹵素和乙基,乙基在表面上進行β-hydride elimination形成乙烯;至於氯化烷類則要等到7個碳的長度才能使C-Cl鍵在銅表面上斷裂。在此我們要研究同時擁有鹵素及OH基的β-halohydrins的熱化學反應。在TPR/D的實驗中2-碘乙醇會分解產生水、乙烯、乙醇、乙醛、丁烷及1,4-dioxane,但是在未滿單層分子吸附量之下,並無發現分子性脫附;在2-溴乙醇的例子中,最主要脫附的產物為水、乙烯、乙醛、1,4-dioxane及溴乙烷,而且我們也未發現單層分子性脫附;在2-氯乙醇的例子裡,其生成的產物不同於2-碘乙醇和2-溴乙醇,在TPR/D中顯示乙烯、氯乙烯、少許水及單層分子性脫附等熱化學產物;在2-氟乙醇的例子中,其水、乙烯及1,4-dioxane等產物相對量較其他的低。在RAIRS的實驗中,發現2-碘乙醇在低溫時會反應形成hydroxyethyl的物種,到200K時便形成(–OCH2CH2–)的中間体;在2-溴乙醇的例子中,我們並未發現hydroxyethyl的中間体,但在200K時也觀察到(–OCH2CH2–)中間体的形成;在2-氯乙醇與2-氟乙醇中,我們並未發現任何穩定的中間体,在低覆蓋量中,它們是以gauche form吸附在表面上。
Abstract

Temperature-programmed reaction/desorption (TPR/D) and reflection-absorption infrared spectroscopy have been employed to investigate the adsorption and reactions of β-halohydrins (XCH2CH2OH, X=F,Cl,Br,I) on a Cu(100) surface under ultrahigh vacuum condition. With a OH group, ethanol adsorbs reversibly on Cu(100). In the case of halogenated ethane, ethyl iodide and ethyl bromide decompose via carbon-halogen bond scission to generate halogen atoms and ethyl groups on the surface. Ethyl groups undergo β-hydride elimination to form ethylene. Unlike alkyl iodide and bromide, C-Cl bond dissociation of alkyl chloride dose not occur until the chain length reaches seven carbons. Here we study the thermal chemistry of β-halohydrins with the two functional groups of OH and X. In TPR/D experiments 2-iodoethanol decomposes to produce water, ethylene, ethanol, acetaldehyde, butane, and 1,4-dioxane. But we can not find molecular desorption at submonolayer coverage. For the 2-bromoethanol, the main desorbing products are water, ethylene, acetaldehyde, 1,4-dioxane, and bromoethane. We can not find the monolayer molecular desorption either. In the 2-chloroethanol case, the product distribution is different from those of 2-iodoethanol and 2-bromoethanol. TPR/D shows the thermal products of ethylene, chloroethene, some water, and monolayer molecular desorption. For the 2-fluoroethanol, the products of water, ethylene and 1,4-dioxane is relatively low. In RAIRS experiments, it is found that 2-iodoethanol reacts at relatively low temperature to form hydroxyethyl specie. At 200K, it forms the surface oxametallacycle (–OCH2CH2–) intermediate. In 2-bromoethanol case, we can not find hydroxyethyl intermediate on the surface, but obverse the oxametallacycle intermediate at 200K. In 2-chloroethanol and 2-fluoroethanol case, we do not find any stable intermediate. At low coverages, they adsorbs on the surface in gauche form.
目錄

第一章、緒論 1
第二章、表面研究之分析技術
2.1 歐傑電子能譜 5
2.2 低能量電子繞射 10
2.3 程式控溫反應/脫附 12
2.4 反射式紅外光譜儀 14
第三章、實驗系統與方法
3.1 超高真空系統 17
3.2 清潔Cu(100)單晶表面的製備 19
3.3 藥品與藥品的前處理 20
第四章、結果與討論
4.1 ICH2CH2OH在Cu(100)表面上的吸附及反應 21
4.1.1 程序控溫反應/脫附實驗 21
4.1.2 反射式吸收紅外光光譜實驗 38
4.2 BrCH2CH2OH在Cu(100)表面上的吸附及反應 50
4.2.1 程序控溫反應/脫附實驗 50
4.2.2 反射式吸收紅外光光譜實驗 61
4.3 ClCH2CH2OH在Cu(100)表面上的吸附及反應 70
4.3.1 程序控溫反應/脫附實驗 70
4.3.2 反射式吸收紅外光光譜實驗 78
4.4 FCH2CH2OH在Cu(100)表面上的吸附及反應 85
4.4.1 程序控溫反應/脫附實驗 85
4.4.2 反射式吸收紅外光光譜實驗 92
第五章、結論 99
參考文獻 101
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