C$_{60}$内嵌水的红外光谱研究

在液氦温度下，对 H$_2$O@C$_{60}$ 与 C$_{60}$ 的固态混合物中内嵌水分子进行了红外吸收光谱研究。根据正-仲转化过程中光谱的演化，将谱线识别为正水和仲水的跃迁。在中红外区观察到八个带有转动旁峰的振动跃迁：$\omega_1$、$\omega_2$、$\omega_3$、$2\omega_1$、$2\omega_2$、$\omega_1 +\omega_3$、$\omega_2 +\omega_3$ 和 $2\omega_2+\omega_3$。与自由水相比，振动频率 $\omega_2$ 和 2$\omega_2$ 低了 1.6%，其余低了 2.4%。采用一个由水的偶极矩和四极矩与晶场相互作用的转振哈密顿量组成的模型来拟合红外吸收光谱。与晶场的电四极相互作用消除了转动能级的简并。纯 $v_1$ 和 $v_2$ 振动跃迁的有限振幅与水分子偶极矩和晶格诱导电场的相互作用一致。根据远红外转动谱线强度确定，封装水的永久偶极矩为 $0.5\pm 0.1$ D。在 C$_{60}$ 分子笼中水的质心量子化平动模式于 110cm$^{-1}$ (13.6meV) 处被观测到。