近日，分子反應(yīng)動力學(xué)國家重點實驗室張東輝院士、劉舒副研究員團隊揭示了F+H2O HF+OH反應(yīng)中的Feshbach共振現(xiàn)象。
Feshbach共振（動力學(xué)共振）是化學(xué)反應(yīng)體系在過渡態(tài)區(qū)域沿著反應(yīng)路徑形成的具有一定壽命的準(zhǔn)束縛量子態(tài)，它不僅會對反應(yīng)速率和產(chǎn)物末態(tài)分布產(chǎn)生很大的影響，還提供了一個直接觀察化學(xué)反應(yīng)在過渡態(tài)附近行為的契機。因而尋找Feshbach共振態(tài)一直是反應(yīng)動力學(xué)研究中備受關(guān)注的課題。在理論和實驗的密切結(jié)合下，動力學(xué)家們對三原子反應(yīng)中Feshbach共振的理解已經(jīng)非常深入和全面。目前反應(yīng)動力學(xué)面臨的主要挑戰(zhàn)之一，是要把對共振的理解擴展到包含三個以上原子的體系，第一步就是四原子體系。因此，F(xiàn)+H2O反應(yīng)是很好的基準(zhǔn)體系。和F+H2反應(yīng)一樣，F(xiàn)+H2O HF+OH反應(yīng)是高放熱的，并且在電子基態(tài)勢能面上有一個較低的早期勢壘，在入口通道有一個相對低的van der Waals勢阱，在出口通道有一個氫鍵勢阱。早期對FH2O-的光解離研究發(fā)現(xiàn)存在Feshbach共振態(tài)束縛在HF-OH相互作用阱中。然而，還不清楚在光解離實驗中觀察到的Feshbach共振能否在F+H2O反應(yīng)中被觀察到，這些共振又會如何影響反應(yīng)。
近日，該研究團隊在新構(gòu)建的精確神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)勢能面上進行了態(tài)-態(tài)量子散射計算，得到的總反應(yīng)幾率在碰撞能量0.2 eV以下呈現(xiàn)出很多明顯的振蕩結(jié)構(gòu)。通過對散射波函數(shù)和振動絕熱勢的分析發(fā)現(xiàn)，這些振蕩結(jié)構(gòu)來源于HF(v'=2)-OH振動絕熱勢阱捕獲的Feshbach共振，主要產(chǎn)生HF(v'=1)。然而與F+H2反應(yīng)中由于HF鍵軟化在H-HF(v'=3)振動絕熱勢上產(chǎn)生的特殊勢阱不同，F(xiàn)+H2O反應(yīng)的振動絕熱勢阱主要來自HF和OH之間的氫鍵相互作用。這項工作不僅明確地表明，在光解離研究中觀察到的Feshbach共振實際上可以通過中性反應(yīng)得到，而且把對Feshbach共振的理解從三原子反應(yīng)發(fā)展到多原子反應(yīng)。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。該工作得到國家自然科學(xué)基金委和大連化物所科研創(chuàng)新基金項目的資助。（文/圖 劉舒）
