太空漫游是人類探索宇宙邁出的關鍵一步，而在化學反應中，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。

2月16日，《科學》在線發(fā)表了一項關于漫游反應的重要研究進展。利用大連相干光源，我國科研人員發(fā)現(xiàn)了首例分子高激發(fā)態(tài)的漫游反應通道。這表明，漫游反應在化學反應中普遍存在。

這項研究成果由中國科學院大連化學物理研究所袁開軍研究員、楊學明院士實驗團隊聯(lián)合傅碧娜研究員、張東輝院士理論團隊共同完成。

化學反應的發(fā)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(zhuǎn)換為新的物質(zhì)。在傳統(tǒng)的化學反應過渡態(tài)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，就像宇航員在太空“漫游”一樣，最終形成與傳統(tǒng)化學反應不同的產(chǎn)物，這就是漫游反應。

21世紀初，科學家第一次發(fā)現(xiàn)漫游反應。此后，針對漫游反應機理的研究一直局限于分子的低電子態(tài)和基態(tài)產(chǎn)物。只有吸收了極紫外光的高能量光子，分子才可以到達高激發(fā)態(tài)?！斑^去許多年，由于高亮度、可調(diào)諧的極紫外光源非常缺乏，分子的高激發(fā)態(tài)很難制備。因此分子達到高激發(fā)態(tài)時是否存在漫游反應，這個謎團一直沒有解開。”袁開軍說。

大連相干光源的出現(xiàn)，使這一難題迎刃而解。大連相干光源是我國第一臺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(diào)諧的極紫外光，可以激發(fā)任何分子到特定的高激發(fā)態(tài)。

袁開軍研究員、楊學明院士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(fā)態(tài)存在漫游反應。“在研制大連相干光源的時候，我們團隊就提前自主布局了幾個重大科研方向，星際分子光化學就是其中之一。”袁開軍說，“可以說，大連相干光源打開了研究分子高激發(fā)態(tài)反應機理研究的大門。”

研究團隊利用大連相干光源制備了高激發(fā)態(tài)的二氧化硫分子，并結(jié)合自主研制的高分辨率離子成像技術，探測了激發(fā)態(tài)氧氣產(chǎn)物的量子態(tài)分布。實驗發(fā)現(xiàn)，二氧化硫分子在133納米波段附近解離產(chǎn)生的激發(fā)態(tài)氧氣產(chǎn)物呈現(xiàn)兩種振動量子態(tài)分布。

隨后，傅碧娜研究員、張東輝院士團隊利用自主發(fā)展的高激發(fā)態(tài)勢能面構(gòu)建方法和產(chǎn)物量子態(tài)分辨動力學計算，精確重現(xiàn)了實驗所觀測到的現(xiàn)象，揭示高激發(fā)態(tài)的二氧化硫分子可以通過漫游反應產(chǎn)生高振動態(tài)分布的氧氣產(chǎn)物，而傳統(tǒng)的最小能量路徑只能產(chǎn)生低振動態(tài)分布的氧氣產(chǎn)物。

實驗和理論結(jié)果一致！科研人員證實了高激發(fā)態(tài)漫游反應通道的存在。“這意味著，漫游反應在很多化學過程中普遍存在?！备当棠日f。

“通過這項研究，我們對以往化學反應的理論產(chǎn)生了新的認識，很多傳統(tǒng)化學反應理論無法解釋的現(xiàn)象都有可能用漫游反應機理來解釋，這將進一步提升人們對化學反應本質(zhì)的理解?！睏顚W明說，“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。”