大连化物所分子反应动力学研究获得突破性进展

发布时间：2013-12-23 13:12 原文链接：大连化物所分子反应动力学研究获得突破性进展

　　近日，中科院大连化学物理研究所分子反应动力学研究工作获得突破性进展。由分子反应动力学国家重点室肖春雷、孙志刚、杨学明、张东辉等撰写的论文Dynamical Resonances Accessible Only by Reagent Vibrational Excitation in the F+HD →HF+D Reaction（《F+HD→HF+D反应中只能通过反应物振动激发探测的反应共振态》）发表于12月20日出版的《科学》杂志上。

　　分子振动对化学反应有着极其重要的影响，长期以来一直是分子反应动力学研究领域的一个重要课题。H2以及它的同位素分子是分子反应动力学领域被最为广泛研究的分子。过去的二三十年中，对H/D/F/O/Cl/OH+H2/HD/D2等反应的研究极大地推动了反应动力学研究的发展，也大大提高了我们对化学反应本质机理的认识。但在另一方面，因为H2是没有极性的分子，只能通过Raman激发制备其振动激发态，而由于Raman激发的效率一般很低，激发态H2的反应动力学研究从未在交叉分子束实验中得以实现。最近，肖春雷、杨学明等人通过自主研发窄线宽的OPO激光，在利用Stark-induced adiabatic Raman Passage (SARP)技术高效制备振动态激发分子方面取得了重大进展, 对HD分子从(v=0, j=0)到(v=1, j=0)的激发取得了高于91%的效率(文章链接)。但是由于该技术需要高度聚焦的激光束，限制了总激发效率，致使该技术无法在交叉分子束实验中得到应用。通过不断尝试，他们掌握了利用受激Raman激发在分子束中高效制备振动激发态氢分子的技术，使得在交叉分子束中研究HD(v=1)散射动力学成为可能。

　　利用该实验技术，他们对F+HD(v=1)反应进行研究。F+H2/HD是经典的放热三原子反应，2006年，杨学明、张东辉等人在F+H2反应中观察到反应共振态(Science 311, 1440, 2006)。 2010年，他们又在F+HD反应中观察到分波共振态(Science 327, 1501 2010)，这些共振态都是在产物HF(v’=3)的绝热振动曲线上形成的。对于F+HD(v=1)反应，实验发现，在后向散射信号随碰撞能的变化曲线上存在振动现象。为解释实验发现，张东辉等人进一步提高了他们在2008年所拟合的F+H2体系势能面的精度。在新的势能面上，理论与实验取得了高度吻合。理论研究证实实验所观察到的振动现象是由束缚在产物HF(v’=4) 绝热振动曲线上的两个共振态所引起的。更有意义的是，研究发现，HF(v’=4) 绝热振动曲线在反应物端与HD(v=1)态相关联，因而它们只能通过HD的振动激发来探测，而不能通过平动能的增加而进入。

　　这项工作表明，对于化学反应，分子振动激发不仅提供能量，也能开启新的反应通道，使我们能观察到在基态反应中所无法观察到的共振现象，对提高我们对化学反应本质机理的认识有着非常重要的意义。