發現首例分子高激發態的漫游反應通道

2月16日，國際學術期刊《科學》發表我國科研人員在化學研究領域的一項新突破。中國科學院大連化學物理研究所的科研團隊利用國家重大科研儀器設備大連相干光源發現了首例分子高激發態的漫游反應通道，表明了漫游反應機理在化學反應中的普適性，為理解和預測化學反應提供了新的視角。

在傳統的化學反應過渡態理論中，反應主要沿著最小能量路徑進行，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。在某些化學反應中，分子可能會從山峰外圍“繞遠”，從微觀的角度看，原子或者基團不會立即從分子中斷開，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反應不同的產物，這就是漫游反應。21世紀初，科學家第一次發現漫游反應，但是分子達到高激發態時是否存在漫游反應一直未得到證實。

我國科研團隊利用大連相干光源制備了高激發態的二氧化硫分子，并結合自主研制的高分辨離子成像技術探測了激發態氧氣產物的量子態分布。實驗發現，二氧化硫分子在133納米波段附近解離產生的激發態氧氣產物呈現兩種振動量子態分布。隨后，傅碧娜研究員和張東輝院士團隊利用自主發展的高精度激發態勢能面構建方法和產物量子態分辨的動力學計算，精確重現了實驗所觀測到的現象，揭示了高激發態的二氧化硫分子可以通過漫游反應產生高振動態分布的氧氣產物，而傳統的高速絞線機最小能量路徑只產生低振動態分布的氧氣產物。實驗和理論結果的一致，證實了高激發態漫游反應通道的存在，表明了漫游反應在化學反應中普遍存在。

通過這項研究，科研人員對以往化學反應的理論產生了新的認知，很多傳統化學反應理論無法解釋的現象都有可能用漫游反應機理得到解釋，這將提升人們對化學反應本質的進一步理解。