多原子分子反应过渡态光谱研究取得进展
(资料图片)
近日，中国科学院精密测量科学与技术创新研究院理论与计算化学研究组副研究员宋宏伟与美国加利福尼亚大学伯克利分校教授Daniel M. Neumark团队、美国新墨西哥大学教授郭华合作，结合慢光电子速度成像光谱实验和量子动力学理论，获得了多原子分子反应过渡态区域目前最完整的图像，在多原子分子反应过渡态光谱研究领域取得突破。相关研究成果发表在《自然-化学》上。
化学反应的过渡态是反应物和产物之间反应势能面 (PES) 上的分界面，因此对于理解化学反应性具有根本意义。然而反应过程中过渡态的存在时间极短，很难从实验上得到大量有关的结构和物理性质等数据。而共振态是反应体系在过渡态区域形成的具有一定寿命的准束缚态，通过研究共振态，对于深刻理解化学反应的本质及行为至关重要。
基于负离子光分离的过渡态光谱实验可以直接探测 PES 的这个区域，揭示与过渡态相关的详细振动结构。研究团队使用低温冷却的 FNH 3的慢光电子速度图成像光谱，并结合量子动力学理论研究 F + NH3 → HF + NH2反应-阴离子。在全局 PES 上执行的降维量子动力学模拟显示与实验结果非常吻合，从而能够分配光谱结构。
研究揭示了 F + NH3PES 产物阱中的多种振动 Feshbach 共振。共振波函数表明，这些Feshbach共振态位于产物端势阱、过渡态和反应物端势阱等区域，成因于单个或多个反应体系振动模式的激发。由于部分Feshbach共振态的能量高于反应物势能，因而可能影响化学反应的速率和量子态分布。本研究获得了多原子分子反应过渡态目前最完整的图像，表明过渡态光谱方法已具备探究多原子分子反应过渡态区域复杂动力学行为的能力。
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