多原子分子反應過渡態光譜研究取得進展
(資料圖片)
近日，中國科學院精密測量科學與技術創新研究院理論與計算化學研究組副研究員宋宏偉與美國加利福尼亞大學伯克利分校教授Daniel M. Neumark團隊、美國新墨西哥大學教授郭華合作，結合慢光電子速度成像光譜實驗和量子動力學理論，獲得了多原子分子反應過渡態區域目前最完整的圖像，在多原子分子反應過渡態光譜研究領域取得突破。相關研究成果發表在《自然-化學》上。
化學反應的過渡態是反應物和產物之間反應勢能面 (PES) 上的分界面，因此對于理解化學反應性具有根本意義。然而反應過程中過渡態的存在時間極短，很難從實驗上得到大量有關的結構和物理性質等數據。而共振態是反應體系在過渡態區域形成的具有一定壽命的準束縛態，通過研究共振態，對于深刻理解化學反應的本質及行為至關重要。
基于負離子光分離的過渡態光譜實驗可以直接探測 PES 的這個區域，揭示與過渡態相關的詳細振動結構。研究團隊使用低溫冷卻的 FNH 3的慢光電子速度圖成像光譜，并結合量子動力學理論研究 F + NH3?→ HF + NH2反應-陰離子。在全局 PES 上執行的降維量子動力學模擬顯示與實驗結果非常吻合，從而能夠分配光譜結構。
研究揭示了 F + NH3PES 產物阱中的多種振動 Feshbach 共振。共振波函數表明，這些Feshbach共振態位于產物端勢阱、過渡態和反應物端勢阱等區域，成因于單個或多個反應體系振動模式的激發。由于部分Feshbach共振態的能量高于反應物勢能，因而可能影響化學反應的速率和量子態分布。本研究獲得了多原子分子反應過渡態目前最完整的圖像，表明過渡態光譜方法已具備探究多原子分子反應過渡態區域復雜動力學行為的能力。
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