近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員袁開軍、院士楊學(xué)明團(tuán)隊(duì)，與Bristol大學(xué)院士Michael N. R. Ashfold、Leeds大學(xué)教授John M. C. Plane合作，在水分子的光解動(dòng)力學(xué)研究方面取得新進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)了高振動(dòng)激發(fā)的OH（X）產(chǎn)物，并建立模型討論了水分子光解對(duì)大氣輝光的貢獻(xiàn)。
地球的天空中不斷地產(chǎn)生一種微弱的發(fā)光，稱為大氣輝光，這是由太陽輻射與高層大氣中的原子和分子發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的。雖然亮度遠(yuǎn)遠(yuǎn)弱于明亮的極光，但大氣輝光為大氣中發(fā)生的各種物理和化學(xué)過程研究提供了重要的參考信號(hào)，大氣輝光的研究推動(dòng)了高層大氣物理學(xué)的發(fā)展。OH輝光是地球大氣中間層最重要的輝光輻射之一，被稱為Meinel譜帶，由天文學(xué)家Aden B.Meinel于1950年在夜間使用地面光譜儀首次發(fā)現(xiàn)。迄今為止，已證實(shí)了1700多條OH-Meinel譜線，并將其歸屬為OH的高振動(dòng)能級(jí)到基態(tài)能級(jí)之間的躍遷，主要是從OH的 ≤9的振動(dòng)能級(jí)輻射出的譜線。目前人們普遍認(rèn)為高空大氣中振動(dòng)激發(fā)的OH來源于H和O3的反應(yīng)。然而，最近觀測(cè)到的一些OH發(fā)射譜線來源于更高的振動(dòng)能級(jí)，同時(shí)還觀測(cè)到了夜間沒有觀測(cè)到的OH日輝光的雙層結(jié)構(gòu)。
H2O的光解是星際中OH自由基重要的來源之一。近日，研究人員利用自由電子激光結(jié)合高分辨的H原子高里德堡標(biāo)識(shí)飛行時(shí)間譜技術(shù)研究了H2O分子112.8nm附近的光解動(dòng)力學(xué)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，大部分OH（X）產(chǎn)物是高振動(dòng)激發(fā)的，最高的振動(dòng)能級(jí)可以布居到v=15，內(nèi)態(tài)能量接近OH自由基的解離能。John M. C. Plane等人利用實(shí)驗(yàn)獲得的H2O光解數(shù)據(jù)，結(jié)合H2O、H、O3、OH、CO2等氣體濃度和溫度在地球和火星上的垂直分布，以及太陽光輻射通量，建立大氣化學(xué)模型。模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對(duì)于地球這種富氧環(huán)境，H+O3的反應(yīng)是高振動(dòng)OH（X）自由基的主要來源，而對(duì)于火星這種貧氧環(huán)境，H2O的光解則是主要來源。同時(shí)還模擬了OH（X）輝光的發(fā)射光譜，這有助于在星際觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)OH自由基。
大連化物所利用自由電子激光揭示了水分子的光解在大氣輝光中的作用
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)專項(xiàng)（B類）“能源化學(xué)轉(zhuǎn)化的本質(zhì)與調(diào)控”﹑自然科學(xué)基金優(yōu)青項(xiàng)目等資助。
