近日，大連化物所分子反應(yīng)動力學(xué)國家重點實驗室袁開軍研究員、楊學(xué)明院士團隊，與南京大學(xué)胡茜茜教授、謝代前教授合作，在水分子的光解動力學(xué)研究方面取得新進展，首次發(fā)現(xiàn)了電子激發(fā)態(tài)的OH超級轉(zhuǎn)子。

當(dāng)分子處于一個內(nèi)態(tài)能量高于它第一電離能的高里德堡態(tài)時，人們稱這個分子為超激發(fā)態(tài)分子。超激發(fā)態(tài)分子作為一個反應(yīng)中間體，有著重要的作用，尤其是這些分子被認為是在電子與分子離子的碰撞反應(yīng)中造成Feshbach共振的原因。星際空間中的高能輻射場產(chǎn)生了大量的超激發(fā)態(tài)分子，理解超激發(fā)態(tài)分子的碎片化過程對理解在行星上層大氣以及星云光解區(qū)域中發(fā)生的光化學(xué)反應(yīng)非常重要。然而，由于真空紫外（VUV）光源的缺乏，研究這些超激發(fā)態(tài)分子的碎片化過程具有很大的挑戰(zhàn)。

大連相干光源的成功建成出光，為科研人員研究超激發(fā)態(tài)分子的碎片化過程帶來了契機。本工作中，袁開軍和楊學(xué)明團隊利用大連相干光源的自由電子激光輸出96.4nm的真空紫外激光，將水分子激發(fā)到超過第一電離能（98nm）的高里德堡態(tài)（超激發(fā)態(tài)），再結(jié)合H原子高里德堡態(tài)標(biāo)識飛行時間譜技術(shù)，探測超激發(fā)態(tài)的水分子在碎片化過程中產(chǎn)生的H原子，實驗結(jié)果中清晰地觀測到了處于第一電子激發(fā)態(tài)（A態(tài)）的OH（A）超級轉(zhuǎn)子。OH（A）超級轉(zhuǎn)子因為離心勢壘的束縛而存在，它的壽命由隧穿效應(yīng)和預(yù)解離效應(yīng)共同決定。胡茜茜和謝代前團隊重新計算了OH分子的勢能曲線，計算得到的OH（A）超級轉(zhuǎn)子的隧穿壽命依然相當(dāng)長，如OH（A，v=0，N=36）的隧穿壽命大于2年。但由于預(yù)解離速率比隧穿速率快好幾個數(shù)量級，因而這些電子激發(fā)態(tài)的OH超級轉(zhuǎn)子的預(yù)解離壽命很短，只有幾十到幾百個皮秒。雖然這些超級轉(zhuǎn)子的壽命非常短，但是極高的內(nèi)態(tài)能量使得它們具有很高的反應(yīng)活性，在地球上層大氣中可能有著尚未發(fā)現(xiàn)的作用。

相關(guān)成果發(fā)表在《物理化學(xué)快報》（The Journal of Physical Chemistry Letters）上。該工作得到國家自然科學(xué)基金委動態(tài)化學(xué)前沿研究中心項目、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項（B類）“能源化學(xué)轉(zhuǎn)化的本質(zhì)與調(diào)控”﹑自然科學(xué)基金面上項目、我所大連相干光源專項基金等資助。（文/圖 常堯）