反应共振态研究作为PNAS封面文章发表
反应共振态研究作为PNAS封面文章发表
发布时间:2008-09-04    栏目类别:新闻动态

      我所分子反应动力学研究工作又获得重要进展,最新成果由杨学明、张东辉等人撰写成文 “Probing the resonance potential in the F atom reaction with hydrogen deuteride with spectroscopic accuracy”(在光谱精度上探测F+HD反应的共振势能面)发表在本周出版的PNAS杂志上(PNAS 105,12662(2008)),并被选为该期的封面文章。这是继今年四月之后,十一室研究人员第二次在PNAS杂志上发表论文。PNAS(美国国家科学院院刊)是世界著名的多学科科学连续出版物,2007年影响因子为9.598。
      化学反应中的共振态是短暂束缚于反应过渡区附近的量子态。由于共振态对所描述的化学反应势能面异常敏感,它提供了一种从实验上直接探测反应势能面的手段,而它的研究也就成为了动力学领域的一个重要课题,也是世界公认的难题。两年前,杨学明研究组对F+H2反应体系的共振态进行了详细的实验研究,首次利用高分辨的反应散射实验探测到了这一体系中的反应共振现象,即HF(v=2)产物的前向散射,并且得到了张东辉研究员和谢代前教授的精确量子动力学理论计算的证实。这项研究工作发表在2006年的科学杂志上(Science 311, 1440(2006))。此外,杨学明研究员与张东辉研究员又对F+H2反应体系中HF(v=3)前向散射的机理进行了详细研究,发现HF(v=3)前向散射并不是由于这一体系的反应共振态所引起的,而是由于反应体系通过离心势垒时放慢通过所造成的。这项研究结果于今年四月发表在PNAS杂志上(PNAS 105,6227(2008)),它推翻了李远哲等人早先的推测:HF(v=3)前向散射是由于反应共振态所引起。杨学明与张东辉领导的这项研究工作使得我们对这一反应的动力学机理有了更加深入的理解。
      根据前人对F+HD反应的研究发现,这一反应体系与F+H2反应有非常明显的差别。因此近一两年来,杨学明和张东辉等合作开展了对F+HD反应的高精度实验和理论的研究。杨学明研究组利用自行研制的交叉分子束-氢原子里德堡态标识探测的新装置,首次在不同碰撞能量下获得了F+HD->HF+D反应全量子态分辨的反应微分截面,并在实验中观测到在0.3 kcal/mol的反应能量范围内,该反应的微分截面发生了剧烈的变化。这项实验以前所未有的光谱精度(达到几个cm-1的精度)对这一重要反应的共振现象进行了动力学研究,也为高精度的理论研究提供了不可多得的实验基础数据。动力学理论研究表明由张东辉和南京大学谢代前合作构造的势能面能精确地描述F+H2反应中的共振态的动力学现象,但对F+HD反应中的共振态描述不够理想。为此,张东辉和厦门大学徐昕等人合作重新构建了该反应的一个高精度的势能面,并在该势能面上获得了同时与F+H2和F+HD实验高度吻合的理论结果,从而首次实现了通过反应动力学实验直接以前所未有的光谱精度探测化学反应势能面的目标。这项成果是继2006年在科学杂志上发表的研究工作之后,作者对这一共振体系探索的又一项重要突破,在本周以PNAS杂志的封面文章形式发表。
      上述研究工作是本周发行的PNAS杂志动力学研究特写(Chemical Dynamics Special Feature)一部分。动力学特写编委、美国国家科学院院士Crim教授在介绍本项工作时指出:对于化学反应共振态,无论是实验观测还是理论计算都具有非常大的挑战性;而这项F+HD研究工作展示了在获取反应精确势能面的探索方面,实验与理论相结合的巨大力量。
      本项研究工作得到了科技部,中国科学院以及国家自然科学基金委的资助。(文/图 李芙萼、吴薇)

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