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近日，精密測量院理論與計算化學研究組副研究員宋宏偉與清華大學教授寧傳剛團隊、新墨西哥大學教授郭華合作，利用FNH3-負離子偶極束縛態的自脫附現象，成功觀測到F?+?NH3反應過渡態附近弱弗蘭克-康登區域的束縛態和Feshbach共振態，為研究反應過渡態提供了全新的觀測手段。相關研究成果發表在國際學術期刊《自然-通訊》（Nature Communications）上。
化學反應過渡態決定了化學反應的基本特性。對于多數化學反應，反應過渡態的壽命非常短，實驗觀測非常困難，因此，直接觀測反應過渡態被認為是化學研究中的一個“圣杯”。 共振態是反應體系在過渡態區域形成的具有一定壽命的準束縛態，它為研究化學反應在過渡態附近的行為提供契機，因而可以通過研究共振態的結構與動力學揭示化學反應的微觀機理。
該工作提出一種表征反應過渡態弱弗蘭克-康登區域的新方法（圖1）。與直接光脫附實驗不同，基于負離子偶極束縛態的光譜技術可以顯著增強弱弗蘭克-康登區域的譜學特征。他們利用該方法成功探測到F + NH3反應路徑上一系列新的束縛態和Feshbach共振態，并結合高精度的量子動力學計算對這些量子態進行了標記（圖2）。由于極性分子在自然界中很常見，偶極束縛態廣泛存在于極性分子之中，這一基于負離子偶極束縛態觀測反應過渡態的新方法將極大地豐富我們對于化學反應動力學的認識。
Feshbach共振態是一種非常特殊的量子動力學現象，其表征需要結合高分辨率的實驗和高精度的量子動力學計算。宋宏偉副研究員一直致力于多原子分子反應的過渡態光譜研究，發展了嚴格的量子動力學模型，為實現多原子分子反應過渡態光譜的精確表征提供了理論基礎。此前，該方法用于研究FNH3?負離子的直接光脫附過程，上述工作是過渡態光譜系列工作的又一標志性成果。
???相關研究成果以“Probing the activated complex of the F+NH3 reaction via a dipole-bound state”為題發表在國際著名學術期刊《自然-通訊》上，在本項工作中宋宏偉負責理論計算與分析，宋宏偉和寧傳剛為共同通訊作者。
FNH3-負離子直接光脫附和自脫附過程示意圖
實驗測量（黑色）與理論計算（紅色）的FNH3-光脫附譜
????該研究得到了基金委創新研究群體項目和面上項目的資助。
??? 論文鏈接： https://www.nature.com/articles/s41467-024-48202-7