2月16日，國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》發(fā)表我國科研人員在化學(xué)研究領(lǐng)域的一項新突破。中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的科研團(tuán)隊利用國家重大科研儀器設(shè)備大連相干光源發(fā)現(xiàn)了首例分子高激發(fā)態(tài)的漫游反應(yīng)通道，表明了漫游反應(yīng)機(jī)理在化學(xué)反應(yīng)中的普適性，為理解和預(yù)測化學(xué)反應(yīng)提供了新的視角。

在傳統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)過渡態(tài)理論中，反應(yīng)主要沿著最小能量路徑進(jìn)行，就像“登山者”通常要找到最低的山脊線越過高山一樣，以此消耗最少的能量。在某些化學(xué)反應(yīng)中，分子可能會從山峰外圍“繞遠(yuǎn)”，從微觀的角度看，原子或者基團(tuán)不會立即從分子中斷開，而是在分子附近“晃蕩”，忽遠(yuǎn)忽近，就像宇航員在太空“漫游”一樣，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)家第一次發(fā)現(xiàn)漫游反應(yīng)，但是分子達(dá)到高激發(fā)態(tài)時是否存在漫游反應(yīng)一直未得到證實。

我國科研團(tuán)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(jié)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。實驗發(fā)現(xiàn)，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(xiàn)兩種振動量子態(tài)分布。隨后，傅碧娜研究員和張東輝院士團(tuán)隊利用自主發(fā)展的高精度激發(fā)態(tài)勢能面構(gòu)建方法和產(chǎn)物量子態(tài)分辨的動力學(xué)計算，精確重現(xiàn)了實驗所觀測到的現(xiàn)象，揭示了高激發(fā)態(tài)的二氧化硫分子可以通過漫游反應(yīng)產(chǎn)生高振動態(tài)分布的氧氣產(chǎn)物，而傳統(tǒng)的高速絞線機(jī)最小能量路徑只產(chǎn)生低振動態(tài)分布的氧氣產(chǎn)物。實驗和理論結(jié)果的一致，證實了高激發(fā)態(tài)漫游反應(yīng)通道的存在，表明了漫游反應(yīng)在化學(xué)反應(yīng)中普遍存在。

通過這項研究，科研人員對以往化學(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)理論無法解釋的現(xiàn)象都有可能用漫游反應(yīng)機(jī)理得到解釋，這將提升人們對化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)的進(jìn)一步理解。