共振增強隧道效應引起星際云中的氟和對氫反應

來自中國科學院大連化學物理研究所(DICP)及其合作者的科學家研究了低溫下F + H 2反應快速反應的機理，發(fā)現(xiàn)共振增強隧道效應實際上是快速反應。

這一發(fā)現(xiàn)解釋了星際云中HF的觀測結果，這是僅通過F + H 2反應產(chǎn)生的。該研究發(fā)表在Nature Chemistry上。

通常，具有能壘的化學反應只能在高于勢壘的碰撞能量下發(fā)生。然而，在反應勢壘以下的能量下的量子隧道效應在許多化學過程中起著重要作用，特別是在低溫下。

化學反應在星際云的演化中起著重要作用。在星際空間，溫度特別低，因此反應中的量子效應可能發(fā)揮重要作用。

星際云中的HF首次發(fā)現(xiàn)于1997年，最近的觀測發(fā)現(xiàn)HF在宇宙中無處不在。由于F + H 2反應，能量勢壘為1.8kcal / mol，是在星際云中低溫下觀測到的HF的唯一來源，它如何快速進行?即使考慮到正常的量子隧穿，反應速率也太低而不能用這種高度(~800K)的反應屏障觀察到。

利用改進的分子交叉光束裝置，科學家測量了量子態(tài)特定后向散射光譜(QSSBSS)作為1~35meV范圍內(nèi)碰撞能量的函數(shù)。在約5meV處清楚地觀察到QSSBSS中的峰。利用對精確勢能面(PES)的詳細動力學分析，他們發(fā)現(xiàn)峰值是由F + H 2到HF + H反應的地面共振狀態(tài)產(chǎn)生的。他們還發(fā)現(xiàn)，通過F + H 2反應的第一激發(fā)共振態(tài)產(chǎn)生約20meV的振蕩。

進一步的理論分析表明，如果從反應性中去除共振增強隧穿的貢獻，則F + H 2低于10K 的反應速率常數(shù)將減少三個數(shù)量級以上。

因此，F(xiàn) + H 2反應的反應性幾乎完全來自于來自地諧振狀態(tài)的共振增強隧穿。通過精確的PES，該理論提供了在寬溫度范圍內(nèi)F + H 2反應的反應速率常數(shù)，這對于理解星際化學是必不可少的。