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我所揭示F+H2O→HF+OH反應中的Feshbach共振

  近日,分子反應動力學國家重點實驗室張東輝院士、劉舒副研究員團隊揭示了F+H2O→HF+OH反應中的Feshbach共振現象。

  Feshbach共振(動力學共振)是化學反應體系在過渡態區域沿著反應路徑形成的具有一定壽命的準束縛量子態,它不僅會對反應速率和產物末態分布產生很大的影響,還提供了一個直接觀察化學反應在過渡態附近行為的契機。因而尋找Feshbach共振態一直是反應動力學研究中備受關注的課題。在理論和實驗的密切結合下,動力學家們對三原子反應中Feshbach共振的理解已經非常深入和全面。目前反應動力學面臨的主要挑戰之一,是要把對共振的理解擴展到包含三個以上原子的體系,第一步就是四原子體系。因此,F+H2O反應是很好的基準體系。和F+H2反應一樣,F+H2O→HF+OH反應是高放熱的,并且在電子基態勢能面上有一個較低的早期勢壘,在入口通道有一個相對低的van der Waals勢阱,在出口通道有一個氫鍵勢阱。早期對FH2O-的光解離研究發現存在Feshbach共振態束縛在HF-OH相互作用阱中。然而,還不清楚在光解離實驗中觀察到的Feshbach共振能否在F+H2O反應中被觀察到,這些共振又會如何影響反應。

  

  近日,該研究團隊在新構建的精確神經網絡勢能面上進行了態-態量子散射計算,得到的總反應幾率在碰撞能量0.2 eV以下呈現出很多明顯的振蕩結構。通過對散射波函數和振動絕熱勢的分析發現,這些振蕩結構來源于HF(v'=2)-OH振動絕熱勢阱捕獲的Feshbach共振,主要產生HF(v'=1)。然而與F+H2反應中由于HF鍵軟化在H-HF(v'=3)振動絕熱勢上產生的特殊勢阱不同,F+H2O反應的振動絕熱勢阱主要來自HF和OH之間的氫鍵相互作用。這項工作不僅明確地表明,在光解離研究中觀察到的Feshbach共振實際上可以通過中性反應得到,而且把對Feshbach共振的理解從三原子反應發展到多原子反應。

  相關研究成果發表在《自然-通訊》(Nature Communications)上。該工作得到國家自然科學基金委和大連化物所科研創新基金項目的資助。(文/圖 劉舒)

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