Instituto de Física Química de Dalian descobre o primeiro canal de reação móvel em estado altamente excitado de moléculas usando a estação de luz coerente de Dalian

Nas reações químicas, as reações difusas, como um tipo especial de mecanismo de reação, têm atraído a atenção generalizada dos cientistas. O Instituto de Física Química de Dalian, Academia Chinesa de Ciências (doravante denominado DICP) descobriu o primeiro caso de um canal de reação em movimento no estado altamente excitado de uma molécula usando a Fonte de Luz Coerente de Dalian, que demonstra a universalidade do roaming mecanismo de reação em reações químicas e fornece uma nova perspectiva para compreender e prever reações químicas.
É relatado que o resultado desta pesquisa foi concluído pela equipe experimental do pesquisador Yuan Kaijun e do acadêmico Yang Xueming do Instituto de Física Química de Dalian, juntamente com a equipe teórica do pesquisador Fu Bina e do acadêmico Zhang Donghui, e os resultados foram publicados na revista Ciência em 16 de fevereiro, horário de Pequim.
A ocorrência de reações químicas é como “descer a montanha”. Na teoria tradicional do estado de transição das reações químicas, a reação segue principalmente o caminho de energia mínima, assim como um "alpinista" geralmente encontra a linha de cume mais baixa e atravessa uma montanha alta para consumir a menor quantidade de energia. Em algumas reações químicas, as moléculas podem “circular” a partir da periferia dos picos das montanhas. Do ponto de vista microscópico, os átomos ou grupos não se separam imediatamente das moléculas, mas sim “ficam pendurados” perto das moléculas, longe e perto das moléculas, tal como os astronautas “vagueiam” no espaço. "roaming", e eventualmente formam um produto diferente da reação química tradicional, que é a reação de roaming.
No início do século 21, os cientistas descobriram pela primeira vez a reação de roaming. Desde então, a análise do mecanismo de reações difusas tem sido limitada aos estados de baixa eletrônica e fundamental das moléculas. O surgimento da Fonte de Luz Coerente de Dalian (DCLS) resolveu o problema. A Fonte de Luz Coerente de Dalian (DCLS) é o primeiro laser ultravioleta extremo de elétrons livres da China desenvolvido pela equipe em colaboração com o Instituto de Física Aplicada de Xangai (SIAP) e é o único dispositivo de usuário de laser de elétrons livres do mundo operando em ultravioleta extremo. banda de comprimento de onda. Ao emitir luz ultravioleta extrema de alto brilho e comprimento de onda ajustável da fonte de luz coerente de Dalian, qualquer molécula pode ser excitada para um estado específico altamente excitado.
A equipe do pesquisador Yuan Kaijun e do acadêmico Yang Xueming está envolvida na pesquisa de reações fotoquímicas moleculares há muitos anos e sempre acreditou na existência de reações itinerantes de moléculas no estado altamente excitado, "Ao desenvolver a Fonte de Luz Coerente de Dalian nossa equipe traçou de forma independente várias direções de pesquisa com antecedência, e a fotoquímica molecular interestelar é uma delas." Yuan Kaijun disse: "Pode-se dizer que a Fonte de Luz Coerente de Dalian abre a porta para o estudo da pesquisa do mecanismo de reação de estado altamente excitado molecular."
A equipe usou a fonte de luz coerente de Dalian para preparar moléculas de dióxido de enxofre em estado altamente excitado e combinou com a tecnologia de imagem iônica de alta resolução desenvolvida pela própria empresa para sondar a distribuição do estado quântico de produtos de oxigênio no estado excitado. Verificou-se que os produtos de oxigênio no estado excitado gerados pela dissociação de moléculas de dióxido de enxofre próximas à banda de 133 nm apresentavam duas distribuições de estado quântico vibracional.
Posteriormente, a equipe do pesquisador Bina Fu e do acadêmico Donghui Zhang reproduziu com precisão o fenômeno observado experimentalmente usando o método de construção de superfície de energia potencial de estado excitado de alta precisão desenvolvido de forma independente e cálculos cinéticos de resolução de estado quântico do produto, revelando que as moléculas de dióxido de enxofre no alto o estado excitado pode gerar produtos de oxigênio com altas distribuições de dinâmica vibracional através da reação difusa, enquanto a via convencional de energia mínima gera apenas produtos de oxigênio com baixas distribuições de dinâmica vibracional. A concordância entre os resultados experimentais e teóricos confirma a existência do canal de reação difusa de estado altamente excitado e mostra que as reações difusas são predominantes nas reações químicas.
"Através deste estudo, geramos uma nova percepção das teorias anteriores de reações químicas, e muitos fenômenos inexplicáveis ​​pelas teorias tradicionais de reações químicas podem potencialmente ser explicados pelo mecanismo de reação difusa, o que aumentará a compreensão da natureza das reações químicas. " O acadêmico Yang Xueming disse: “Cada avanço na pesquisa básica expande os limites da cognição humana e expande as reservas de conhecimento humano”.