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　　光明日報北京2月18日電（記者齊芳）在化學(xué)反應中，漫游反應是一種特殊類(lèi)型的反應機理。中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“大連化物所”）近日利用“大連相干光源”發(fā)現了首例分子高激發(fā)態(tài)的漫游反應通道，表明了漫游反應機理在化學(xué)反應中的普適性，為理解和預測化學(xué)反應提供了新的視角。這項研究成果由大連化物所袁開(kāi)軍研究員和楊學(xué)明院士實(shí)驗團隊，聯(lián)合傅碧娜研究員和張東輝院士理論團隊共同完成，文章日前發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上。

　　據介紹，化學(xué)反應好似翻山越嶺，分子和原子“登山者”要攀登能量壁壘這座“高山”，才能轉換為新的物質(zhì)。在傳統的化學(xué)反應過(guò)渡態(tài)理論中，反應主要沿著(zhù)最小能量路徑進(jìn)行，就像登山者找到最低的山脊線(xiàn)越過(guò)高山，以消耗最少的能量。

　　在某些化學(xué)反應中，分子可能會(huì )從山峰外圍“繞遠”，從微觀(guān)的角度看，原子或者基團不會(huì )立即從分子中斷開(kāi)，而是在分子附近“晃蕩”，忽遠忽近，就像宇航員在太空“漫游”一樣，最終形成與傳統化學(xué)反應不同的產(chǎn)物，這就是漫游反應。

　　21世紀初，科學(xué)家第一次發(fā)現漫游反應。此后，針對漫游反應機理的解析一直局限于分子的低電子態(tài)和基態(tài)。由于分子只有吸收極紫外光的高能量光子才可以到達高激發(fā)態(tài)，而高亮度、可調諧極紫外光源十分缺乏，分子達到高激發(fā)態(tài)時(shí)是否存在漫游反應一直未得到證實(shí)。

　　“大連相干光源”的出現使難題迎刃而解。袁開(kāi)軍說(shuō)：“‘大連相干光源’打開(kāi)了研究分子高激發(fā)態(tài)反應機理研究的大門(mén)。”“大連相干光源”是該研究團隊聯(lián)合上海應用物理研究所研制的我國第一臺極紫外自由電子激光，也是全球唯一運行在極紫外波段的自由電子激光用戶(hù)裝置。通過(guò)“大連相干光源”輸出高亮度、波長(cháng)可以調諧的極紫外光，能夠激發(fā)任何分子到特定的高激發(fā)態(tài)。

　　研究團隊利用“大連相干光源”制備了高激發(fā)態(tài)的二氧化硫分子，并結合自主研制的高分辨離子成像技術(shù)探測了激發(fā)態(tài)氧氣產(chǎn)物的量子態(tài)分布。實(shí)驗發(fā)現，二氧化硫分子在133納米波段附近解離產(chǎn)生的激發(fā)態(tài)氧氣產(chǎn)物呈現兩種振動(dòng)量子態(tài)分布。

　　隨后，傅碧娜和張東輝團隊利用自主發(fā)展的高精度激發(fā)態(tài)勢能面構建方法和產(chǎn)物量子態(tài)分辨的動(dòng)力學(xué)計算，精確重現了實(shí)驗所觀(guān)測到的現象，揭示了高激發(fā)態(tài)的二氧化硫分子可以通過(guò)漫游反應產(chǎn)生高振動(dòng)態(tài)分布的氧氣產(chǎn)物，而傳統的最小能量路徑只產(chǎn)生低振動(dòng)態(tài)分布的氧氣產(chǎn)物。實(shí)驗和理論結果的一致，證實(shí)了高激發(fā)態(tài)漫游反應通道的存在，表明了漫游反應在化學(xué)反應中普遍存在。

　　“通過(guò)這項研究，我們對以往化學(xué)反應的理論產(chǎn)生了新的認知，很多傳統化學(xué)反應理論無(wú)法解釋的現象都有可能用漫游反應機理得到解釋?zhuān)@將提升人們對化學(xué)反應本質(zhì)的進(jìn)一步理解。”楊學(xué)明說(shuō)，“每一次基礎研究的突破，都擴展了人類(lèi)認知的邊界，擴充了人類(lèi)的知識儲備。”

　　下一步，科研團隊將利用“大連相干光源”開(kāi)展更多分子的極紫外光化學(xué)研究，深入理解分子光化學(xué)過(guò)程在宇宙分子演化和生命起源所起的作用，同時(shí)推動(dòng)科學(xué)家發(fā)展新的理論模型和計算方法，以此來(lái)更精準地描述和預測化學(xué)反應。

　　《光明日報》（2024年02月19日 08版）