PNAS封面文章發(fā)表大連化物所反應(yīng)共振態(tài)成果
大連化物所分子反應(yīng)動力學(xué)研究工作又獲得重要進(jìn)展，成果由楊學(xué)明、張東輝等人撰寫成文 “Probing the resonance potential in the F atom reaction with hydrogen deuteride with spectroscopic accuracy”（在光譜精度上探測F＋HD反應(yīng)的共振勢能面）發(fā)表在本周出版的PNAS雜志上（PNAS 105，12662（2008）），并被選為該期的封面文章。這是繼今年四月之后，十一室研究人員第二次在PNAS雜志上發(fā)表論文。PNAS（美國國家*院刊）是世界的多學(xué)科科學(xué)連續(xù)出版物，2007年影響因子為9.598。
化學(xué)反應(yīng)中的共振態(tài)是短暫束縛于反應(yīng)過渡區(qū)附件的量子態(tài)。由于共振態(tài)對所描述的化學(xué)反應(yīng)勢能面異常敏感，它提供了一種從實(shí)驗(yàn)上直接探測反應(yīng)勢能面的手段，而它的研究也就成為了動力學(xué)領(lǐng)域的一個重要課題，也是*的難題。兩年前，楊學(xué)明研究組對F+H2反應(yīng)體系的共振態(tài)進(jìn)行了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)研究，利用高分辨的反應(yīng)散射實(shí)驗(yàn)探測到了這一體系中的反應(yīng)共振現(xiàn)象，即HF（v=2）產(chǎn)物的前向散射，并且得到了張東輝研究員和謝代前教授的量子動力學(xué)理論計算的證實(shí)。這項(xiàng)研究工作發(fā)表在2006年的科學(xué)雜志上（Science 311, 1440（2008））。此外，楊學(xué)明研究員與張東輝研究員又對F+H2反應(yīng)體系中HF（v=3）前向散射的機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)研究，發(fā)現(xiàn)HF（v=3）前向散射并不是由于這一體系的反應(yīng)共振態(tài)所引起的，而是由于反應(yīng)體系通過離心勢壘時放慢通過所造成的。這項(xiàng)研究結(jié)果于今年四月發(fā)表在PNAS雜志上（PNAS 105，6227（2008）），它推翻了李遠(yuǎn)哲等人早先的推測：HF（v=3）前向散射是由于反應(yīng)共振態(tài)所引起。楊學(xué)明與張東輝*的這項(xiàng)研究工作使得我們對這一反應(yīng)的動力學(xué)機(jī)理有了更加深入的理解。
根據(jù)前人對F+HD反應(yīng)的研究發(fā)現(xiàn)，這一反應(yīng)體系與F+H2反應(yīng)有非常明顯的差別。因此近一兩年來，楊學(xué)明和張東輝等合作開展了對F+HD反應(yīng)的高精度實(shí)驗(yàn)和理論的研究。楊學(xué)明研究組利用自行研制的交叉分子束-氫原子里德堡態(tài)標(biāo)識探測的新裝置，在不同碰撞能量下獲得了F+HD－>HF+D反應(yīng)全量子態(tài)分辨的反應(yīng)微分截面，并在實(shí)驗(yàn)中觀測到在0.3 kcal/mol的反應(yīng)能量范圍內(nèi)，該反應(yīng)的微分截面發(fā)生了劇烈的變化。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)以的光譜精度（達(dá)到幾個cm-1的精度）對這一重要反應(yīng)的共振現(xiàn)象進(jìn)行了動力學(xué)研究，也為高精度的理論研究提供了的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。動力學(xué)理論研究表明由張東輝和南京大學(xué)謝代前合作構(gòu)造的勢能面能地描述F＋H2反應(yīng)中的共振態(tài)的動力學(xué)現(xiàn)象，但對F＋HD反應(yīng)中的共振態(tài)描述不夠理想。為此，張東輝和廈門大學(xué)徐昕等人合作重新構(gòu)建了該反應(yīng)的一個高精度的勢能面，并在該勢能面上獲得了同時與F＋H2和F＋HD實(shí)驗(yàn)高度吻合的理論結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)了通過反應(yīng)動力學(xué)實(shí)驗(yàn)直接以的光譜精度探測化學(xué)反應(yīng)勢能面的目標(biāo)。這項(xiàng)成果是繼2006年在科學(xué)雜志上發(fā)表的研究工作之后，作者對這一共振體系探索的又一項(xiàng)重要突破。
上述研究工作是本周發(fā)行的PNAS雜志動力學(xué)研究特寫（Chemical Dynamics Special Feature）一部分。動力學(xué)特寫編委、美國國家*院士Crim教授在介紹本項(xiàng)工作時指出：對于化學(xué)反應(yīng)共振態(tài)，無論是實(shí)驗(yàn)觀測還是理論計算都具有非常大的挑戰(zhàn)性；而這項(xiàng)F+HD研究工作展示了在獲取反應(yīng)勢能面的探索方面，實(shí)驗(yàn)與理論相結(jié)合的巨大力量。
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