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、楊學明院士團隊利用大連光源發現水分子光化學反應存在較強的同位素效應，這種效應或是星云中水分子同位素分布不均勻的重要原因。
地球上的水從何而來？科學家猜想，可能來源于早期地球火山爆發釋放水蒸氣，以及彗星和隕石撞擊地球帶來星際冰。近年來，地球水來自外太空的觀點受到諸多關注，判斷依據是水的同位素分布。一般來說，如果地球水的同位素豐度（D/H比值）與外太空彗星和隕石的豐度一致，就認為地球水來源于這些彗星和隕石。隨著對太陽星云中水的同位素豐度的進一步觀測，發現不同的星云區域，以及不同彗星上水的同位素豐度并不相同，也就是D/H值在星際空間分布不均勻。
利用大連光源發現水分子光化學反應存在較強的同位素效應，這種效應或是星云中水分子同位素分布不均勻的重要原因
本工作中，該團隊利用大連光源結合桌面激光器產生的真空紫外光源，研究了水的同位素（HOD）在121nm附近的光化學過程，發現水光解的產物通道H+OD和D+OH存在完全不同的量子態分布。同時，實驗測量HOD光化學產物通道的量子產率與激發光的波長存在強烈的相關性。太陽星云早期內層和外層受到光照的強度不同，會造成這些區域HOD光化學反應發生的幾率不同，隨時間演化便形成同位素在星際空間分布的不均勻性。
此前，該團隊利用大連光源還發現了水分子光解離的諸多過程與星際化學的關聯，例如發現電子基態的OH超級轉子是星際超熱OH自由基的來源（Nature Communication，2019）、電子激發態OH超級轉子在大氣電離層可能有重要作用（JPCL，2020）、水分子振動態偶然共振效應對同位素豐度的影響（JPCL，2019），高振動激發的OH產物是大氣輝光的重要來源（JPCL，2020），以及發現水分子的三體解離可能是早期大氣產氧通道（Nature Communication，2021）等。
相關工作以 “Strong Isotope Effect in the VUV Photodissociation of HOD: A Possible Origin of D/H Isotope Heterogeneity in the Solar Nebula”為題，于近日發表在《科學進展》（Science Advances）上。該工作的第一作者是大連化物所2019級聯合培養碩士研究生羅子杰。該工作得到國家自然科學基金、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。
