近日，大連化物所分子反應動力學國家重點實驗室袁開軍研究員、楊學明院士團隊，與Bristol大學Michael N. R. Ashfold院士、Leeds大學John M. C. Plane教授合作，在水分子的光解動力學研究方面取得新進展，發(fā)現(xiàn)了高振動激發(fā)的OH（X）產(chǎn)物，并建立模型討論了水分子光解對大氣輝光的貢獻。

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)生光化學反應產(chǎn)生的。雖然亮度遠遠弱于明亮的極光，但大氣輝光為大氣中發(fā)生的各種物理和化學過程研究提供了重要的參考信號，大氣輝光的研究推動了高層大氣物理學的發(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，已證實了1700多條OH-Meinel譜線，并將其歸屬為OH的高振動能級到基態(tài)能級之間的躍遷，主要是從OH的ν≤9的振動能級輻射出的譜線。目前人們普遍認為高空大氣中振動激發(fā)的OH來源于H和O3的反應。然而，最近觀測到的一些OH發(fā)射譜線來源于更高的振動能級，同時還觀測到了夜間沒有觀測到的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原子高里德堡標識飛行時間譜技術(shù)研究了H2O分子112.8nm附近的光解動力學，實驗結(jié)果顯示，大部分OH（X）產(chǎn)物是高振動激發(fā)的，最高的振動能級可以布居到v=15，內(nèi)態(tài)能量接近OH自由基的解離能。John M. C. Plane等人利用實驗獲得的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，建立大氣化學模型。模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對于地球這種富氧環(huán)境，H+O3的反應是高振動OH（X）自由基的主要來源，而對于火星這種貧氧環(huán)境，H2O的光解則是主要來源。同時還模擬了OH（X）輝光的發(fā)射光譜，這有助于在星際觀測中發(fā)現(xiàn)OH自由基。

相關成果發(fā)表在《物理化學快報》（The Journal of Physical Chemistry Letters）上。該工作得到國家自然科學基金委動態(tài)化學前沿研究中心項目、中國科學院戰(zhàn)略性先導專項（B類）“能源化學轉(zhuǎn)化的本質(zhì)與調(diào)控”﹑自然科學基金優(yōu)青項目等資助。（文/圖 常堯）