記者近日從中國(guó)科學(xué)院獲悉，我國(guó)科學(xué)家利用大連相干光源發(fā)現(xiàn)了首例分子高激發(fā)態(tài)的漫游反應(yīng)通道，表明漫游反應(yīng)在化學(xué)反應(yīng)中普遍存在，為理解和預(yù)測(cè)化學(xué)反應(yīng)提供了新視角。

該研究由中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所袁開(kāi)軍研究員、楊學(xué)明院士實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合傅碧娜研究員、張東輝院士理論團(tuán)隊(duì)共同完成，相關(guān)成果已在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》發(fā)表。

“漫游機(jī)理是不同于傳統(tǒng)過(guò)渡態(tài)理論的新奇反應(yīng)機(jī)理。”傅碧娜介紹，在化學(xué)反應(yīng)中，分子和原子需要像“登山者”一樣攀登過(guò)能量壁壘這座“高山”，才能轉(zhuǎn)換為新的物質(zhì)。在傳統(tǒng)理論中，化學(xué)反應(yīng)主要沿著最小能量路徑進(jìn)行，但有些化學(xué)反應(yīng)過(guò)程可能會(huì)“繞遠(yuǎn)”，原子或者基團(tuán)在分子附近忽遠(yuǎn)忽近地“漫游”，最終形成與傳統(tǒng)化學(xué)反應(yīng)不同的產(chǎn)物，這就是漫游反應(yīng)。

21世紀(jì)初，科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)漫游反應(yīng)。此后，針對(duì)漫游反應(yīng)機(jī)理的解析一直局限于分子的低電子態(tài)和基態(tài)，分子達(dá)到高激發(fā)態(tài)時(shí)是否存在漫游反應(yīng)一直未得到證實(shí)。

“分子只有在吸收極紫外光的高能量光子后才可以到達(dá)高激發(fā)態(tài)，而高亮度、可調(diào)諧極紫外光源十分缺乏。”袁開(kāi)軍說(shuō)，大連相干光源使這一難題迎刃而解，它輸出的高亮度、波長(zhǎng)可調(diào)諧的極紫外光，可以激發(fā)任何分子到特定的高激發(fā)態(tài)。

此項(xiàng)研究中，實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)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(jié)合自主研制的高分辨離子成像技術(shù)探測(cè)了激發(fā)態(tài)氧氣產(chǎn)物的量子態(tài)分布。理論團(tuán)隊(duì)利用自主發(fā)展的高精度激發(fā)態(tài)勢(shì)能面構(gòu)建方法和產(chǎn)物量子態(tài)分辨的動(dòng)力學(xué)計(jì)算，精確重現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)所觀測(cè)到的現(xiàn)象，表明了漫游反應(yīng)在化學(xué)反應(yīng)中普遍存在。

“通過(guò)這項(xiàng)研究，我們對(duì)以往化學(xué)反應(yīng)的理論產(chǎn)生了新的認(rèn)知，很多傳統(tǒng)化學(xué)反應(yīng)理論無(wú)法解釋的現(xiàn)象都有可能用漫游反應(yīng)機(jī)理來(lái)解釋。這將進(jìn)一步提升人們對(duì)化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)的理解。”楊學(xué)明說(shuō)。