电子角动量对化学反应影响厘清

分子反应动力学领域研究获突破

  中化新网讯 近日,中国科学院大连化学物理研究所和中国科学技术大学的研究人员合作,利用高分辨率的交叉分子束离子成像装置,研究了氟原子(F)+氢氘(HD)分子反应的微观动力学过程,发现可以利用该反应中特殊的分波共振现象,揭示F原子的电子角动量对该反应散射动力学过程的影响。

  F+HD反应是一个非常特殊的反应,具有明显的分波共振效应。研究人员猜想,针对该反应开展高分辨率的反应动力学研究,或将发现电子角动量对化学反应的影响。

  化学反应动力学是在原子、分子层次上,深入研究化学反应如何进行,以求得最终实现影响进而控制化学反应速率和选择反应通道。

  现今分子反应动力学的研究手段也在不断提高。交叉分子束实验仪器是从微观层次上研究化学反应动力学的唯一实验装置。在单次碰撞而发生化学反应的条件下,交叉分子束装置可以探测到具有振转态分辨的化学反应产物。在构建高精度势能面的基础上,开展精确的量子分子反应动力学理论分析,可以详细推断出具有量子态分辨的化学反应微观动态过程。同时,想要获得化学反应动力学微观过程的具体机制,基于量子力学原理的分子动力学数值模拟计算也必不可少。

  研究人员在此前发展了交叉分子束离子成像装置,使探测产物的分辨率提高到产物的转动态。利用该实验装置,结合新发展的量子动力学理论分析方法,他们已经确定了化学反应中量子几何相位效应的存在。

  在上述研究的基础上,研究团队利用该交叉分子束装置,结合他们所发展的考虑电子角动量效应的量子动力学理论模拟方法,详细研究了具有分波共振的F+HD反应的动力学过程。研究发现,可以利用特殊的分波共振现象,来揭示F原子的电子角动量对反应过程的影响。其表现是,考虑F原子的电子角动量效应之后,单一的分波共振可以变成具有四重精细结构的分波共振,可以改变化学反应产物的角度分布。这一改变只能通过高分辨率的交叉分子束成像装置才能够观测到。

  电子转动角动量的能量,相对于分子振动的能量,抑或分子转动的能量,是十分微小的。首次探测到电子角动量对于化学反应动力学过程的影响,是分子反应动力学领域研究的一个突破,进一步提升了人类对自然界的认识能力。

关键字:电子角动量
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