近日，中国科学院院士、中国科学院大连化学物理研究所研究员杨学明，研究员肖春雷实验团队，联合中国科学院院士张东辉、研究员刘舒理论团队，在H+HD(v=1)→H2+D反应过渡态的结构与性质研究中取得新进展，在H+HD反应中实现了量子瓶颈态能级直接测量。相关成果发表在CCS Chemistry。
化学反应的关键是过渡态，直接探测化学反应过渡态的结构与微观动力学，是分子反应动力学领域的核心目标与长期挑战。一般来说，过渡态的寿命极短，缺乏明确的结构，因此难以观测。量子瓶颈态是存在于反应势垒附近、垂直于反应坐标的一系列量子态，调控着通向产物的反应通量。与Feshbach共振态类似，量子瓶颈态也会在过渡态区域引起时间延迟，进而影响宏观可观测的物理量，为观测和理解过渡态提供了重要的契机。并且，氢交换反应被公认为自然界中最简单的化学反应，其过程被认为受过渡态区域多个量子瓶颈态调控。尽管在氢交换反应中量子瓶颈态的存在已被实验证实，但其能级序列的直接测量尚未实现。
在前期工作中，研究团队发现后向散射谱能够较好地保留态-态反应几率中的振荡结构，已用于探测Feshbach共振态及量子干涉效应，因此也适用于对量子瓶颈态开展直接测量。本工作中，研究团队聚焦于振动激发的H+HD(v=1, j=0)→H2+D反应，结合高分辨的交叉分子束散射实验与高精度的量子动力学计算，通过产物振转态分辨的后向散射谱中的振荡结构，提取了量子瓶颈态的振动能级序列，这些能级直接对应于反应路径所经过振动绝热势的势垒高度。
该研究实现了对反应过渡态区域结构的直接探测，证实了振动绝热势是描述过渡态附近动力学行为的简洁而有效的模型。研究还揭示，与可揭示过渡态区域所有量子瓶颈态的累加反应几率不同，在反应截面上可观测到的量子瓶颈态依赖于反应的初始态。
相关论文信息：https://doi.org/10.31635/ccschem.026.202507132
版权声明：凡本网注明“来源：中国科学报、科学网、科学新闻杂志”的所有作品，网站转载，请在正文上方注明来源和作者，且不得对内容作实质性改动；微信公众号、头条号等新媒体平台，转载请联系授权。邮箱：shouquan@stimes.cn。
