Isolation and reactivity of hydroxyl radical with astrochemically and atmospherically relevant species studied by Fourier transform infrared spectroscopy

par Prasad Joshi

Thèse de doctorat en Chimie. Chimie physique et théorique

Sous la direction de Lahouari Krim.

Soutenue en 2012

à Paris 6 .

mots clés

• Gaz rares
• Radicaux (chimie)
• Hydroxyle
• Fourier, Spectroscopie infrarouge à transformée de

Titre traduit

Isolation et reactivité du radical hydroxyl avec des espèces d'intérêt astrochimique et atmosphérique étudiées par la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier

Résumé

Les radicaux OH jouent un rôle très important dans la chimie des milieux interstellaires. Dans la mesure où il s’agit d’espèces très réactives, l’isolation et la détection expérimentale de ces radicaux est délicate. Pourtant, cette étape est un prérequis nécessaire pour des études de réactivités qui pourraient s’avérer fondamentales dans de nombreux domaines, en particulier pour la chimie des milieux interstellaires et des atmosphères planétaires. Différents protocoles expérimentaux ont été utilisés pour former les radicaux OH. Dans un premier temps, de l’eau pure, à l’état gazeux, a été soumise à une décharge microonde. Les espèces formées sont condensées sur un miroir maintenu à 3 K à l’aide d’un cryostat, et analysées à l’aide d’un spectromètre IR à transformée de Fourrier (FTIR). Dans ces conditions, la formation d’eau par recombinaisons radicalaires a été observée, et la présence de radicaux OH ne pouvait pas être clairement établie dans la mesure où le signal caractéristique des glaces d’eau masquait l’éventuelle présence des radicaux. Pour minimiser les recombinaisons radicalaires, des mélanges gazeux d’eau diluée dans différents gaz rares (GR = He, Ne, Ar) ont été préparés et soumis à la décharge microonde. A l’aide de cette approche expérimentale, la signature spectroscopique des radicaux OH a pu être observée, à la fois en phase solide (GR = He) et en matrice de néon (GR = Ne). La réactivité de ces radicaux OH avec H2O, CO, NO, N2 et CH4 a ensuite été étudiée en phase solide et en matrice de néon

Résumé

OH radicals play a fundamental role in the chemistry of interstellar media. The isolation and the characterization of the highly reactive species is challenging and represents an important prerequisite for reactivity studies that might be crucial in different fields such as astrochemistry and atmospheric chemistry. Different experimental approaches were tested to produce OH radicals. First of all, gaseous pure water was subjected to a microwave discharge. The species thus formed were condensed onto a cryogenic mirror maintained at 3 K and further characterized with a Fourier-transform IR spectrometer (FTIR). Under these conditions, radical recombination lead to the formation of a water-ice and the presence of OH radicals cannot be clearly established. Gaseous water was diluted into different rare gases (RG = He, Ne, Ar) prior to their introduction into the microwave discharge source. This approach allows to isolate and characterize OH radicals both in solid phase (RG = He) and in neon matrix (RG = Ne). Further reactivity experiments were carried out between these radicals and small species such as H2O, CO, NO, N2, O2, and CH4 in solid phase as well as in neon matrix