近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所大連光源科學(xué)研究室袁開軍研究員、楊學(xué)明院士團隊利用大連光源發(fā)現(xiàn)水分子光化學(xué)反應(yīng)存在較強的同位素效應(yīng)，這種效應(yīng)或是星云中水分子同位素分布不均勻的重要原因。
地球上的水從何而來？科學(xué)家猜想，可能來源于早期地球火山爆發(fā)釋放水蒸氣，以及彗星和隕石撞擊地球帶來星際冰。近年來，地球水來自外太空的觀點受到諸多關(guān)注，判斷依據(jù)是水的同位素分布。一般來說，如果地球水的同位素豐度（D/H比值）與外太空彗星和隕石的豐度一致，就認(rèn)為地球水來源于這些彗星和隕石。隨著對太陽星云中水的同位素豐度的進一步觀測，發(fā)現(xiàn)不同的星云區(qū)域，以及不同彗星上水的同位素豐度并不相同，也就是D/H值在星際空間分布不均勻。
利用大連光源發(fā)現(xiàn)水分子光化學(xué)反應(yīng)存在較強的同位素效應(yīng)，這種效應(yīng)或是星云中水分子同位素分布不均勻的重要原因
本工作中，該團隊利用大連光源結(jié)合桌面激光器產(chǎn)生的真空紫外光源，研究了水的同位素（HOD）在121nm附近的光化學(xué)過程，發(fā)現(xiàn)水光解的產(chǎn)物通道H+OD和D+OH存在完全不同的量子態(tài)分布。同時，實驗測量HOD光化學(xué)產(chǎn)物通道的量子產(chǎn)率與激發(fā)光的波長存在強烈的相關(guān)性。太陽星云早期內(nèi)層和外層受到光照的強度不同，會造成這些區(qū)域HOD光化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的幾率不同，隨時間演化便形成同位素在星際空間分布的不均勻性。
此前，該團隊利用大連光源還發(fā)現(xiàn)了水分子光解離的諸多過程與星際化學(xué)的關(guān)聯(lián)，例如發(fā)現(xiàn)電子基態(tài)的OH超級轉(zhuǎn)子是星際超熱OH自由基的來源（Nature Communication，2019）、電子激發(fā)態(tài)OH超級轉(zhuǎn)子在大氣電離層可能有重要作用（JPCL，2020）、水分子振動態(tài)偶然共振效應(yīng)對同位素豐度的影響（JPCL，2019），高振動激發(fā)的OH產(chǎn)物是大氣輝光的重要來源（JPCL，2020），以及發(fā)現(xiàn)水分子的三體解離可能是早期大氣產(chǎn)氧通道（Nature Communication，2021）等。
相關(guān)工作以 “Strong Isotope Effect in the VUV Photodissociation of HOD: A Possible Origin of D/H Isotope Heterogeneity in the Solar Nebula”為題，于近日發(fā)表在《科學(xué)進展》（Science Advances）上。該工作的第一作者是大連化物所2019級聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生羅子杰。該工作得到國家自然科學(xué)基金、中科院B類先導(dǎo)專項“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)青項目等項目的資助。
