我所利用大連相干光源發現乙烷分子光化學反應中新的解離通道

  近日,我所超快激光技術研究組(2503組)袁開軍研究員、楊學明院士團隊與英國皇家科學院Michael N. R. Ashfold院士、澳大利亞新南威爾士大學Christopher S. Hansen博士合作,利用大連相干光源研究乙烷分子的光化學取得新進展。

  研究并開發利用地外行星的自然環境,一直是行星科學的中心研究目標。其中氣態巨行星(木星、土星、天王星和海王星)上有著豐富的分子化學反應過程,是星際化學家研究的長期目標。類似于地球,這些氣態巨行星在它們各自的軌道上圍繞著太陽運行,導致太陽輻射的季節性變化,進而造成了各種分子的相對豐度隨著維度和高度的周期性變化。CH4對近紅外太陽輻射的吸收是使這些行星上層大氣升溫的重要原因,而且它與C2H6和C2H2的產生有著密切的關系。理解CH4、C2H6和C2H2之間的動態平衡以及相對關系,是理解氣態巨行星大氣動力學的關鍵。因此該研究團隊基于大連相干光源對C2H6分子的光解動力學開展了系統的研究。

  研究團隊在112至126 nm波長范圍內,利用氫原子高里德堡態標記飛行時間質譜技術,研究了C2H6光解中的H原子產出通道,利用超快相機實現多質量探測時間切片離子速度成像技術,同時研究了CH3產出通道和CH2產出通道。研究團隊揭示了C2H5+H通道和CH3+CH2+H三體解離通道在乙烷光解中的重要性,這兩個解離通道應該被加入氣體巨行星的光化學模型中,而C2H2產物通道是次要的。這項工作有助于合理地解釋Cassini–Huygens航天探測器揭示的迄今為止無法解釋的木星大氣中C2H6與C2H2的豐度比。

  這項工作是大連相干光源光化學實驗線站繼H2O分子(Nat. Commun., 10, 1250, 2019)和H2S分子(Nat. Commun., 11, 1547, 2020)之后,在小分子的光化學研究中取得的又一項重要科研成果。

  相關成果發表在《化學科學》(Chemical Science)上。該研究得到了國家自然科學基金委動態化學前沿研究中心項目、中科院戰略性先導科技專項B類“能源化學轉化的本質與調控”、自然科學基金面上項目等的支持。(文/圖 常堯) 

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