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团簇是介于原子分子和宏观凝聚态之间的物质中间体，团簇研究为解决一些复杂的化学难题提供了一条自下而上的策略。以质谱为基础的实验方法结合理论计算是团簇研究的有效方式。本论文关注于团簇实验仪器的研制及应用。 第一章介绍了团簇的实验制备方法、结构表征技术、与小分子化学反应研究的实验和理论方法。 第二章分为三个小节。第一节首先介绍了四极杆-六极杆反应器的搭建;然后利用该装置研究了含氧中心自由基(O·-)的阳离子团簇V4O10+与无机、有机小分子的反应，结合量化计算，解释了实验上V4O10+与H2分子的反应现象。该研究为表面较难表征的O·-活化H2提供了分子层次的认识。第二节首先介绍了室温离子阱反应器的搭建，然后利用该装置进行了如下研究:(1)实验结合理论计算研究了钒氧阴离子团簇(V2O5) nO-(n=1-3)与碳氢化合物(C2H4、C3H6)在室温条件下的氧转移反应效率的尺寸依赖性。该工作表明，电荷及尺寸效应可调控团簇的反应活性，为催化剂活性调控提供了分子层次的认识。(2) AuFeO3-团簇与CO在离子阱中的反应通道（氧转移反应）与六极池中的反应通道（碰撞诱导解离）明显不同。理论计算结果表明，与FeO3-弱结合的近中性Au原子可以捕获并促进CO氧化，增加了金低温活化CO的认识。第三节介绍了八极杆低温离子阱的搭建，并将其应用于TaC-，TaC2-和Ta2C4-等团簇的结构表征，获得了清晰明确的电子结构信息。 第三章介绍了超高分辨率飞行时间质谱的研制。利用该装置可制备1-2 nm的团簇，并实现了纳米尺寸团簇的单一原子量分辨。结合流动反应管、串级质谱和紫外光解离，研究了钒氧纳米尺寸团簇的制备、分布以及V40O101X-(X=C2H4、C3H6)的光解离反应。 第四章介绍了大尺寸中性团簇质谱仪的研制。该装置将一束较强能量的紫外光分为四束能量相等的光，用于产生四束118 nm真空紫外光;利用聚焦和偏转透镜使四束光以“头对头”的方式电离一长段中性团簇分子束，结合高分辨率飞行时间质谱，实现大尺寸中性团簇的检测。 第五章为总结，并对与本论文相关的团簇实验仪器方向进行了展望。