科技進展
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大連化物所分子反應動力學研究工作獲得重要進展。由分子反應動力學國家重點實驗室及理論中心研究人員孫志剛,劉蘭,張東輝以及他們的合作者撰寫的論文 “State-to-state quantum dynamics of O+O2 isotope exchange reactions reveals nonstatistical behavior at atmospheric conditions”(態-態動力學揭示O+O2同位素交換反應在大氣條件下的非統計行為)發表在近期出版的PNAS(美國國家科學院院刊)上(PNAS 107,555 (2010))。

眾所周知,臭氧在大氣中的光解吸收了太陽光中的大部分紫外光,從而保護了地球上的生物免受紫外線的傷害。與此同時,大氣通過以下反應不斷產生新的O3保持O3濃度的基本不變:

O+O2 O3* O+O2;

O3*+M O3+M。

可以看出,O與O2的碰撞可能產生高激發的O3*中間體,它既可以分解成為產物O+O2,也可以通過碰撞把能量傳給另一分子M而生成穩定的O3分子。因而,O+O2交換反應是臭氧產生的必經步驟,在大氣化學中有著極其重要的意義。盡管該交換反應只包含三個氧原子,但是由于氧原子的質量遠比量子動力學中涉及最多的氫原子大,并且該反應經過O3的深勢阱,態-態量子動力學研究一直無法實現。

2008年,孫志剛、張東輝等人發展了一種有效的三原子態-態動力學方法,首次得到了燃燒化學中最為重要的H+O2反應的態-態微分截面(Journal of the American Chemical Society 130,14962 (2008))。2009年他們進一步優化了該方法,并在Schinke等人構造的O3勢能面上首次得到了碰撞能在0.1eV以下的態-態微分截面。他們發現這個由三個重原子參與的反應具有很強的非統計效應,與美國新墨西哥州立大學郭華等人的統計研究結果有著明顯的差異。這個非統計效應很可能與臭氧的異常同位素分布有著直接的關系,對臭氧的研究有重要意義。

 

O+O2反應散射微分截面圖

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