近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員袁開(kāi)軍、院士楊學(xué)明團(tuán)隊(duì)，與南京大學(xué)教授胡茜茜、教授謝代前合作，在水分子的光解動(dòng)力學(xué)研究方面取得新進(jìn)展，首次發(fā)現(xiàn)了電子激發(fā)態(tài)的OH超級(jí)轉(zhuǎn)子。
當(dāng)分子處于一個(gè)內(nèi)態(tài)能量高于它第一電離能的高里德堡態(tài)時(shí)，人們稱(chēng)這個(gè)分子為超激發(fā)態(tài)分子。超激發(fā)態(tài)分子作為一個(gè)反應(yīng)中間體，有著重要的作用，尤其是這些分子被認(rèn)為是在電子與分子離子的碰撞反應(yīng)中造成Feshbach共振的原因。星際空間中的高能輻射場(chǎng)產(chǎn)生了大量的超激發(fā)態(tài)分子，理解超激發(fā)態(tài)分子的碎片化過(guò)程對(duì)理解在行星上層大氣以及星云光解區(qū)域中發(fā)生的光化學(xué)反應(yīng)非常重要。然而，由于真空紫外（VUV）光源的缺乏，研究這些超激發(fā)態(tài)分子的碎片化過(guò)程具有很大的挑戰(zhàn)。
大連相干光源的成功建成出光，為科研人員研究超激發(fā)態(tài)分子的碎片化過(guò)程帶來(lái)了契機(jī)。本工作中，袁開(kāi)軍和楊學(xué)明團(tuán)隊(duì)利用大連相干光源的自由電子激光輸出96.4nm的真空紫外激光，將水分子激發(fā)到超過(guò)第一電離能（98nm）的高里德堡態(tài)（超激發(fā)態(tài)），再結(jié)合H原子高里德堡態(tài)標(biāo)識(shí)飛行時(shí)間譜技術(shù)，探測(cè)超激發(fā)態(tài)的水分子在碎片化過(guò)程中產(chǎn)生的H原子，實(shí)驗(yàn)結(jié)果中清晰地觀測(cè)到了處于第一電子激發(fā)態(tài)（A態(tài)）的OH（A）超級(jí)轉(zhuǎn)子。OH（A）超級(jí)轉(zhuǎn)子因?yàn)殡x心勢(shì)壘的束縛而存在，它的壽命由隧穿效應(yīng)和預(yù)解離效應(yīng)共同決定。胡茜茜和謝代前團(tuán)隊(duì)重新計(jì)算了OH分子的勢(shì)能曲線，計(jì)算得到的OH（A）超級(jí)轉(zhuǎn)子的隧穿壽命依然相當(dāng)長(zhǎng)，如OH（A，v=0，N=36）的隧穿壽命大于2年。但由于預(yù)解離速率比隧穿速率快好幾個(gè)數(shù)量級(jí)，因而這些電子激發(fā)態(tài)的OH超級(jí)轉(zhuǎn)子的預(yù)解離壽命很短，只有幾十到幾百個(gè)皮秒。雖然這些超級(jí)轉(zhuǎn)子的壽命非常短，但是極高的內(nèi)態(tài)能量使得它們具有很高的反應(yīng)活性，在地球上層大氣中可能有著尚未發(fā)現(xiàn)的作用。
大連化物所利用自由電子激光在水分子的光解中觀測(cè)到電子激發(fā)態(tài)的OH超級(jí)轉(zhuǎn)子
相關(guān)成果發(fā)表在《物理化學(xué)快報(bào)》（The Journal of Physical Chemistry Letters）上。該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委動(dòng)態(tài)化學(xué)前沿研究中心項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)（B類(lèi)）“能源化學(xué)轉(zhuǎn)化的本質(zhì)與調(diào)控”﹑自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、大連化物所大連相干光源專(zhuān)項(xiàng)基金等資助。
