分子達到高激發態時是否存在漫游反應？來自中國科學院的最新消息說，中國科學家通過最新研究發現首例分子高激發態的漫游反應通道，給出了肯定的答案。這既表明漫游反應機理在化學反應中的普適性，也為理解和預測化學反應提供了新的視角。

　　此項証實分子高激發態存在漫游反應的重要研究，由中國科學院大連化學物理研究所(大連化物所)袁開軍研究員、楊學明院士實驗團隊聯合傅碧娜研究員、張東輝院士理論團隊利用大連相干光源共同完成，北京時間2月16日，相關成果論文在國際著名學術期刊《科學》(Science)發表。

　　中國科學家研究“發現首例分子高激發態漫游反應通道”科研成果示意圖海報。中國科學院大連化物所/供圖

　　什麼是漫游反應？

　　中國科學院大連化物所科研團隊科普解讀稱，化學反應的發生如同“翻山越嶺”，分子和原子需要像“登山者”一樣攀登過能量壁壘這座“高山”，才能轉換為新的物質。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，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，就像航天員在太空“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。

　　在化學反應中，漫游反應作為一種特殊類型的反應機理也廣受科學家的關注。21世紀初，科學家第一次發現漫游反應。此后，針對漫游反應機理的解析一直局限於分子的低電子態和基態。由於分子隻有吸收極紫外光的高能量光子才可以到達高激發態，而高亮度、可調諧極紫外光源十分缺乏，分子達到高激發態時是否存在漫游反應一直未得到証實。

　　如何開展實驗研究？

　　在本項研究中，大連相干光源的出現使上述難題迎刃而解。中國科學院大連化物所科研團隊介紹說，大連相干光源是該團隊聯合上海應用物理研究所研制的中國第一台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裝置。通過大連相干光源輸出高亮度、波長可以調諧的極紫外光，可以激發任何分子到特定的高激發態。

　　袁開軍研究員和楊學明院士實驗團隊從事分子光化學反應研究多年，始終堅信分子在高激發態存在漫游反應。袁開軍表示，在研制大連相干光源的時候，實驗團隊就提前自主布局了幾個研究方向，星際分子光化學就是其中之一，可以說，大連相干光源打開了研究分子高激發態反應機理研究的大門。

　　實驗團隊利用大連相干光源制備出高激發態的二氧化硫分子，並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。

　　理論怎樣驗証實驗？

　　在實驗發現首例分子高激發態的漫游反應通道后，傅碧娜研究員和張東輝院士理論團隊隨即開展理論驗証，他們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，揭示出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，而傳統的最小能量路徑隻產生低振動態分布的氧氣產物。

　　這次實驗和理論結果的一致，証實高激發態漫游反應通道的存在，表明漫游反應在化學反應中普遍存在。

　　楊學明院士指出，本項研究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。每一次基礎研究的突破，都擴展了人類認知的邊界，擴充了人類的知識儲備。

　　研究“發現首例分子高激發態漫游反應通道”的科研團隊合影。中國科學院大連化物所/供圖

　　中國科學院大連化物所科研團隊透露，下一步將利用大連相干光源開展更多分子的極紫外光化學研究，深入理解分子光化學過程在宇宙分子演化和生命起源所起的作用，同時，推動科學家發展新的理論模型和計算方法，實現更精准地描述和預測化學反應。

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