中科院化學(xué)所在一氧化碳真空紫外光解離的同位素效應(yīng)研究中取得進(jìn)展
一氧化碳分子(CO)在星際空間中的豐度僅次于氫氣(H2)分子，排在第二位。CO吸收宇宙空間中的真空紫外輻射以后會解離生成C原子和O原子；碎片原子會進(jìn)一步和H2分子反應(yīng)生成碳?xì)浠衔锖退?，而這些次生分子是組成生命的基本物質(zhì)。另一方面，CO的光吸收和光解離還被認(rèn)為是造成太陽系中C、O同位素異常分布的直接原因，從分子層面理解這一現(xiàn)象形成的機(jī)制對于研究太陽系的演化歷史以及行星的形成機(jī)制具有重要意義。目前，大量的光譜學(xué)研究已經(jīng)證明稀有同位素取代(13C、17O和18O)會顯著影響CO分子吸收譜線的位置和強(qiáng)度以及光解離效率等；而對于同位素取代會對解離產(chǎn)物的量子態(tài)布居造成什么樣的影響還不清楚，而這是理解C、O同位素在太陽系中異常分布的最重要參數(shù)之一。
在國家自然科學(xué)基金委和北京分子科學(xué)國家研究中心的支持下，中國科學(xué)院化學(xué)研究所分子反應(yīng)動力學(xué)實(shí)驗(yàn)室朱起鶴、高蕻和程敏等自主設(shè)計(jì)并搭建了一套高分辨時間切片離子速度成像裝置，其能量分辨率達(dá)到了國際上同類儀器的領(lǐng)先水平（Rev. Sci. Instrum. 2018, 89, 013101）；同時，他們基于四波混頻原理搭建了一套高分辨（線寬~0.3 cm-1）可調(diào)頻的真空紫外激光光源（65-200 nm）。利用這些自主搭建的儀器裝置，他們對小分子在真空紫外波段的光解離動力學(xué)展開了系統(tǒng)深入的研究（Phys. Chem. Chem. Phys. 2019, 21, 14376）。
最近，他們在CO真空紫外光解離的同位素效應(yīng)研究方面取得了新進(jìn)展。他們用自主設(shè)計(jì)和搭建的真空紫外光源將12C16O和13C16O分別激發(fā)至相同的高激發(fā)量子態(tài)，并用切片離子速度成像裝置精確測量解離碎片的平動能，得到了其解離到每個通道的分支比。CO解離有三個可能的通道，分別是C(3P)+O(3P)、C(1D)+O(3P)和C(3P)+O(1D)，其中3P表示C和O的基態(tài)，1D表示激發(fā)態(tài)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，同位素取代會強(qiáng)烈影響CO解離產(chǎn)生的基態(tài)和激發(fā)態(tài)碎片原子之間的相對比例（如圖所示）。在宇宙空間的低溫環(huán)境中，基態(tài)的C、O原子幾乎不能和H2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；而激發(fā)態(tài)的原子和H2的反應(yīng)是無勢壘的，因此可以在很低的溫度下以非?？斓乃俣劝l(fā)生，并生成碳?xì)浠衔锖退?。該結(jié)果可能會對現(xiàn)有的天體化學(xué)模型產(chǎn)生重要的影響。相關(guān)研究成果發(fā)表在近期的《自然-通訊》上（ Nat. Commun. 2019, 10, 3175）。論文的第一作者是化學(xué)所分子反應(yīng)動力學(xué)實(shí)驗(yàn)室在讀博士生蔣攀，通訊作者是高蕻和程敏。
圖 CO光解離通道分支比的同位素效應(yīng)
