近日，精密測量院理論與計算化學(xué)研究組副研究員宋宏偉與清華大學(xué)教授寧傳剛團隊、新墨西哥大學(xué)教授郭華合作，利用FNH3-負離子偶極束縛態(tài)的自脫附現(xiàn)象，成功觀測到F?+?NH3反應(yīng)過渡態(tài)附近弱弗蘭克-康登區(qū)域的束縛態(tài)和Feshbach共振態(tài)，為研究反應(yīng)過渡態(tài)提供了全新的觀測手段。相關(guān)研究成果發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然-通訊》(Nature Communications)上。
 

　　化學(xué)反應(yīng)過渡態(tài)決定了化學(xué)反應(yīng)的基本特性。對于多數(shù)化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)過渡態(tài)的壽命非常短，實驗觀測非常困難，因此，直接觀測反應(yīng)過渡態(tài)被認為是化學(xué)研究中的一個“圣杯”。 共振態(tài)是反應(yīng)體系在過渡態(tài)區(qū)域形成的具有一定壽命的準束縛態(tài)，它為研究化學(xué)反應(yīng)在過渡態(tài)附近的行為提供契機，因而可以通過研究共振態(tài)的結(jié)構(gòu)與動力學(xué)揭示化學(xué)反應(yīng)的微觀機理。
 

　　該工作提出一種表征反應(yīng)過渡態(tài)弱弗蘭克-康登區(qū)域的新方法(圖1)。與直接光脫附實驗不同，基于負離子偶極束縛態(tài)的光譜技術(shù)可以顯著增強弱弗蘭克-康登區(qū)域的譜學(xué)特征。他們利用該方法成功探測到F + NH3反應(yīng)路徑上一系列新的束縛態(tài)和Feshbach共振態(tài)，并結(jié)合高精度的量子動力學(xué)計算對這些量子態(tài)進行了標記(圖2)。由于極性分子在自然界中很常見，偶極束縛態(tài)廣泛存在于極性分子之中，這一基于負離子偶極束縛態(tài)觀測反應(yīng)過渡態(tài)的新方法將極大地豐富我們對于化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)的認識。
 

　　Feshbach共振態(tài)是一種非常特殊的量子動力學(xué)現(xiàn)象，其表征需要結(jié)合高分辨率的實驗和高精度的量子動力學(xué)計算。宋宏偉副研究員一直致力于多原子分子反應(yīng)的過渡態(tài)光譜研究，發(fā)展了嚴格的量子動力學(xué)模型，為實現(xiàn)多原子分子反應(yīng)過渡態(tài)光譜的精確表征提供了理論基礎(chǔ)。此前，該方法用于研究FNH3?負離子的直接光脫附過程，上述工作是過渡態(tài)光譜系列工作的又一標志性成果。
 

　　相關(guān)研究成果以“Probing the activated complex of the F+NH3 reaction via a dipole-bound state”為題發(fā)表在國際著名學(xué)術(shù)期刊《自然-通訊》上，在本項工作中宋宏偉負責(zé)理論計算與分析，宋宏偉和寧傳剛為共同通訊作者。
 

FNH3-負離子直接光脫附和自脫附過程示意圖
 

實驗測量(黑色)與理論計算(紅色)的FNH3-光脫附譜
 

　　該研究得到了基金委創(chuàng)新研究群體項目和面上項目的資助。