Science 发表Cl+H2 非绝热动力学研究新进展
Science 发表Cl+H2 非绝热动力学研究新进展
发布时间:2008-10-30    栏目类别:新闻动态

     
      分子体系中非绝热过程是自然界经常发生的化学物理现象,在生命和自然的演化、大气化学以及各种激发态过程中非常重要。然而,在实验和理论上精确研究非绝热动力学过程是一个异常困难的课题。我所科学家与合作者在Cl+H2反应的非绝热动力学的研究上取得了重要进展,解决了长期以来化学动力学领域一个极具争议性的难题。这一成果在非绝热过程动力学研究中具有重要的学术意义,研究成果发表在10月24日出版的美国Science (《科学》)杂志上。

      论文审稿人对该项研究给予了很高的评价,“毫无疑问,这项实验工作是对Cl+H2这一反应体系迄今为止最好的一项实验研究,理论研究也非常杰出”,“这项工作解决了一个长期以来极具争议性的Cl+H2反应中激发态和基态相对反应性的问题。”美国化学会在10月27日出版的化学与工程新闻周刊(Chemical & Engineering News)对这项研究工作进行了报道。

      氯加氢反应是一个重要基元化学反应,而氯原子自旋-轨道激发态的反应特性一直是科学家们关注的热点。在早先的实验研究中,科学家们发现即使在很高的碰撞能量下氯原子自旋-轨道激发态的反应性要比基态高很多,这一实验结果与当今最为精确的动力学理论结果有非常大的差异,对于波恩-奥本海默近似在高碰撞能下的有效性提出挑战,使得Cl+H2反应的非绝热动力学研究成为一个备受关注的极具争议性的研究课题。

      杨学明领导的实验小组利用实验室自行研制的、先进的里德堡态氢原子飞行时间谱—交叉分子束仪器,对氯加氢的反应进行了精确的交叉分子束实验研究,测量了基态和激发态氯原子与氢分子反应的相对微分截面。在低碰撞能下,他们发现氯原子自旋-轨道激发态的反应性与基态的相当,这一结果说明波恩-奥本海默近似在这一反应中在低碰撞能时是失效的。但当碰撞能增加时,他们发现氯原子自旋-轨道激发态的反应性与基态的相比变得越来越小,这说明波恩-奥本海默近似在这一反应中在高碰撞能量时是有效的。

      美国马里兰大学Alexander教授与我所张东辉教授、南京大学谢代前教授等人合作在理论上开展了详细的研究,在多个耦合的精确势能面上进行全量子散射的动力学计算,理论计算结果与实验结果吻合相当好。这项研究证实波恩-奥本海默近似虽然在Cl+H2反应中低碰撞能下失效,但在高碰撞能下还是有效的。这项结果也表明, 三原子非绝热动力学的理论研究已达到非常高的精度。(李芙萼 戴东旭)

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