Laser afslører elektronisk exciterede hydroxyl-superrotorer i vandfotokemi

Tilstedeværelsen af ​​højenergi-strålingsfelter i universet giver forskellige superexciterede molekyler, som spiller en vigtig rolle som reaktionsmellemprodukt.

Det er vigtigt at forstå fragmenteringsprocesserne af superexciterede molekyler i de øvre atmosfærer på planeter og i fotodissociationsområdet (PDR) af den planetariske tåge. Imidlertid, undersøgelsen af ​​sådanne processer i laboratoriet er udfordrende på grund af manglen på energiske fotoner til at excitere molekyler til stærkt exciterede tilstande.

Med fremkomsten af ​​det intense, pulserende frielektronlaser (FEL) i Dalian Coherent Light Source (DCLS) i Dalian, Kina, fotofragmentstudiet af molekyler og radikaler er blevet muligt for vakuum-ultraviolette (VUV) bølgelængder under 100 nm ved hjælp af højopløsnings translationel energispektroskopi.

For nylig, Prof. Yuan Kaijun og Prof. Yang Xuemings gruppe fra Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) ved det kinesiske videnskabsakademi, i samarbejde med prof. Hu Xixi og prof. Xie Daiqian fra Nanjing University, elektronisk exciterede OH-superrotorer i vandfotokemi for første gang.

Denne undersøgelse blev offentliggjort i Journal of Physical Chemistry Letters den 24. august.

"Vi brugte VUV-FEL laserpulser med bølgelængden på 96,4 nm til at excitere vandmolekylet til en høj Rydberg tilstand med energien over dets ioniseringspotentiale, og derefter blev H-atomet produceret i fragmenteringen af ​​dette superexciterede vandmolekyle detekteret ved hjælp af HRTOF-teknik, " sagde prof. Yuan.

De eksperimentelle resultater indikerede, at de binære fragmenteringskanaler H + OH og de tredobbelte kanaler O + 2H begge er til stede ved 96,4 nm fotolyse. Elektronisk exciterede OH-superrotorer, med den indre energi lige over OH (A) dissociationsenergien, blev observeret for første gang, som kun blev understøttet af de store centrifugalbarrierer. Levetiden for disse elektronisk exciterede OH-superrotorer afhang af tunneleffekten og prædissociationseffekten.

"Vi genberegnede de potentielle energikurver for OH, og fandt ud af, at selvom N =36, det rene rotationsniveau af OH var allerede over dets dissociationsgrænse, og tunnellevetiden for denne tilstand gennem centrifugalbarrieren var ret lang (> 2 år). Imidlertid, krydsningerne af ro-vibrationsniveauerne med de frastødende tilstande forårsagede alvorlig prædissociation, " sagde prof. Hu.

Predissociationshastigheden var flere størrelsesordener hurtigere end tunneleringshastigheden. Som resultat, levetiden for OH-superrotorerne var omkring 370-57 ps. Dette tyder på, at disse elektronisk exciterede superrotorer, der er identificeret i dette arbejde, kan have en rolle i de efterfølgende kemiske reaktioner i den tætte atmosfære.