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16日從中國科學(xué)院獲悉，我國科學(xué)家利用大連相干光源發(fā)現(xiàn)了首例分子高激發(fā)態(tài)的漫游反應(yīng)通道，表明漫游反應(yīng)在化學(xué)反應(yīng)中普遍存在，為理解和預(yù)測化學(xué)反應(yīng)提供了新視角。
該研究由中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所袁開軍研究員、楊學(xué)明院士實驗團隊聯(lián)合傅碧娜研究員、張東輝院士理論團隊共同完成，相關(guān)成果已在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》發(fā)表。
“漫游機理是不同于傳統(tǒng)過渡態(tài)理論的新奇反應(yīng)機理。”傅碧娜介紹，在化學(xué)反應(yīng)中，分子和原子需要像“登山者”一樣攀登過能量壁壘這座“高山”，才能轉(zhuǎn)換為新的物質(zhì)。在傳統(tǒng)理論中，化學(xué)反應(yīng)主要沿著最小能量路徑進(jìn)行，但有些化學(xué)反應(yīng)過程可能會“繞遠(yuǎn)”，原子或者基團在分子附近忽遠(yuǎn)忽近地“漫游”，最終形成與傳統(tǒng)化學(xué)反應(yīng)不同的產(chǎn)物，這就是漫游反應(yīng)。
21世紀(jì)初，科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)漫游反應(yīng)。此后，針對漫游反應(yīng)機理的解析一直局限于分子的低電子態(tài)和基態(tài)，分子達(dá)到高激發(fā)態(tài)時是否存在漫游反應(yīng)一直未得到證實。
“分子只有在吸收極紫外光的高能量光子后才可以到達(dá)高激發(fā)態(tài)，而高亮度、可調(diào)諧極紫外光源十分缺乏。”袁開軍說，大連相干光源使這一難題迎刃而解，它輸出的高亮度、波長可調(diào)諧的極紫外光，可以激發(fā)任何分子到特定的高激發(fā)態(tài)。
此項研究中，實驗團隊利用大連相干光源制備了高激發(fā)態(tài)的二氧化硫分子，并結(jié)合自主研制的高分辨離子成像技術(shù)探測了激發(fā)態(tài)氧氣產(chǎn)物的量子態(tài)分布。理論團隊利用自主發(fā)展的高精度激發(fā)態(tài)勢能面構(gòu)建方法和產(chǎn)物量子態(tài)分辨的動力學(xué)計算，精確重現(xiàn)了實驗所觀測到的現(xiàn)象，表明了漫游反應(yīng)在化學(xué)反應(yīng)中普遍存在。
“通過這項研究，我們對以往化學(xué)反應(yīng)的理論產(chǎn)生了新的認(rèn)知，很多傳統(tǒng)化學(xué)反應(yīng)理論無法解釋的現(xiàn)象都有可能用漫游反應(yīng)機理來解釋。這將進(jìn)一步提升人們對化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)的理解。”楊學(xué)明院士說。
