科学家发现首例分子高激发态的漫游反应通道

总台央视记者 帅俊全 褚尔嘉

北京时间2月16日，国际学术期刊《科学》发表我国科研人员在化学研究领域的一项新突破。中国科学院大连化学物理研究所的科研团队利用国家重大科研仪器设备大连相干光源发现了首例分子高激发态的漫游反应通道，表明了漫游反应机理在化学反应中的普适性，为理解和预测化学反应提供了新的视角。

在传统的化学反应过渡态理论中，反应主要沿着最小能量路径进行，就像“登山者”通常要找到最低的山脊线越过高山一样，以此消耗最少的能量。在某些化学反应中，分子可能会从山峰外围“绕远”，从微观的角度看，原子或者基团不会立即从分子中断开，而是在分子附近“晃荡”，忽远忽近，就像宇航员在太空“漫游”一样，最终形成与传统化学反应不同的产物，这就是漫游反应。21世纪初，科学家第一次发现漫游反应，但是分子达到高激发态时是否存在漫游反应一直未得到证实。

我国科研团队利用大连相干光源制备了高激发态的二氧化硫分子，并结合自主研制的高分辨离子成像技术探测了激发态氧气产物的量子态分布。实验发现，二氧化硫分子在133纳米波段附近解离产生的激发态氧气产物呈现两种振动量子态分布。随后，傅碧娜研究员和张东辉院士团队利用自主发展的高精度激发态势能面构建方法和产物量子态分辨的动力学计算，精确重现了实验所观测到的现象，揭示了高激发态的二氧化硫分子可以通过漫游反应产生高振动态分布的氧气产物，而传统的最小能量路径只产生低振动态分布的氧气产物。实验和理论结果的一致，证实了高激发态漫游反应通道的存在，表明了漫游反应在化学反应中普遍存在。

通过这项研究，科研人员对以往化学反应的理论产生了新的认知，很多传统化学反应理论无法解释的现象都有可能用漫游反应机理得到解释，这将提升人们对化学反应本质的进一步理解。