近日，中國科學院大連化學物理研究所大連光源科學研究室袁開軍研究員、楊學明院士團隊，與南京大學謝代前教授合作，發現水分子在極紫外波段光照發生三體解離產生氧原子，為行星早期大氣中氧氣的起源提供了新思路。
氧元素在宇宙中的豐度僅次于氫元素和氦元素，但是游離的氧氣分子卻非常稀少。除了在地球上，氧氣僅在少數行星的大氣中被觀測到。地質學家認為，在生物光合作用產氧之前，原始地球大氣中已經存在少量的氧氣，這些氧氣的來源爭議很大。其中，二氧化碳光化學是主要的產氧途徑：CO2光解離產生CO+O，隨后兩個O原子復合產生O2。最近，天文觀測發現彗星67P大氣層中存在大量的氧氣和水，兩者的濃度有很強的相關性，表明彗星中氧氣的形成與水相關，但是相關的機制并不清楚。
大連光源模擬光解水發生三體解離過程是行星原始大氣中氧氣的重要來源
利用大連光源，合作團隊系統研究了水分子光化學過程：將解離波長推進至90-110nm區域，發現水分子主要的解離過程是三體解離產生O+H+H；結合早期太陽光的輻射強度和水分子吸收光譜，發現水分子光解產生氧原子的概率是20%。水大量存在于宇宙星云、彗星大氣、地球早期大氣層中，水分子三體解離產生氧原子，隨后兩個氧原子復合產生氧氣有可能是這些環境下氧氣的重要來源。由于氧氣和水是生命起源和進化的重要條件，水分子三體解離過程直接將兩者關聯起來，對尋找生命星球有重要意義。
此前，袁開軍團隊利用大連光源還發現了水分子光解離產生超熱羥基自由基（Nature Communication，2019）、實現了硫化氫分子全波段光解產生SH（X）產物的產率測量（Nature Communication，2020）、以及發現乙烷分子光解離新的通道（Chem. Sci.，2020）。
相關研究結果以題為“Three body Photodissociation of the water molecule and its implications for prebiotic oxygen production”發表在《自然-通訊》（Nature Communications）上，并被推薦為亮點文章（Featured Article）。該工作的第一作者是大連化物所分子光化學動力學研究組17級博士研究生常堯。該工作得到國家自然科學基金委動態化學前沿研究中心項目、中科院B類先導專項“能源化學轉化的本質與調控”﹑自然科學基金優青項目等項目的資助。
