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精密測量院等在多原子分子反應過(guò)渡態(tài)光譜研究中取得新進(jìn)展

來(lái)源:     時(shí)間:2024-05-16

近日,精密測量院理論與計算化學(xué)研究組副研究員宋宏偉與清華大學(xué)教授寧傳剛團隊、新墨西哥大學(xué)教授郭華合作,利用FNH3-負離子偶極束縛態(tài)的自脫附現象,成功觀(guān)測到F?+?NH3反應過(guò)渡態(tài)附近弱弗蘭克-康登區域的束縛態(tài)和Feshbach共振態(tài),為研究反應過(guò)渡態(tài)提供了全新的觀(guān)測手段。相關(guān)研究成果發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然-通訊》(Nature Communications)上。

化學(xué)反應過(guò)渡態(tài)決定了化學(xué)反應的基本特性。對于多數化學(xué)反應,反應過(guò)渡態(tài)的壽命非常短,實(shí)驗觀(guān)測非常困難,因此,直接觀(guān)測反應過(guò)渡態(tài)被認為是化學(xué)研究中的一個(gè)“圣杯”。 共振態(tài)是反應體系在過(guò)渡態(tài)區域形成的具有一定壽命的準束縛態(tài),它為研究化學(xué)反應在過(guò)渡態(tài)附近的行為提供契機,因而可以通過(guò)研究共振態(tài)的結構與動(dòng)力學(xué)揭示化學(xué)反應的微觀(guān)機理。

該工作提出一種表征反應過(guò)渡態(tài)弱弗蘭克-康登區域的新方法(圖1)。與直接光脫附實(shí)驗不同,基于負離子偶極束縛態(tài)的光譜技術(shù)可以顯著(zhù)增強弱弗蘭克-康登區域的譜學(xué)特征。他們利用該方法成功探測到F + NH3反應路徑上一系列新的束縛態(tài)和Feshbach共振態(tài),并結合高精度的量子動(dòng)力學(xué)計算對這些量子態(tài)進(jìn)行了標記(圖2)。由于極性分子在自然界中很常見(jiàn),偶極束縛態(tài)廣泛存在于極性分子之中,這一基于負離子偶極束縛態(tài)觀(guān)測反應過(guò)渡態(tài)的新方法將極大地豐富我們對于化學(xué)反應動(dòng)力學(xué)的認識。

Feshbach共振態(tài)是一種非常特殊的量子動(dòng)力學(xué)現象,其表征需要結合高分辨率的實(shí)驗和高精度的量子動(dòng)力學(xué)計算。宋宏偉副研究員一直致力于多原子分子反應的過(guò)渡態(tài)光譜研究,發(fā)展了嚴格的量子動(dòng)力學(xué)模型,為實(shí)現多原子分子反應過(guò)渡態(tài)光譜的精確表征提供了理論基礎。此前,該方法用于研究FNH3?負離子的直接光脫附過(guò)程,上述工作是過(guò)渡態(tài)光譜系列工作的又一標志性成果。

???相關(guān)研究成果以“Probing the activated complex of the F+NH3 reaction via a dipole-bound state”為題發(fā)表在國際著(zhù)名學(xué)術(shù)期刊《自然-通訊》上,在本項工作中宋宏偉負責理論計算與分析,宋宏偉和寧傳剛為共同通訊作者。

FNH3-負離子直接光脫附和自脫附過(guò)程示意圖

實(shí)驗測量(黑色)與理論計算(紅色)的FNH3-光脫附譜

????該研究得到了基金委創(chuàng )新研究群體項目和面上項目的資助。

??? 論文鏈接: https://www.nature.com/articles/s41467-024-48202-7