共振增強(qiáng)隧道效應(yīng)引起星際云中的氟和對氫反應(yīng)

來自中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所(DICP)及其合作者的科學(xué)家研究了低溫下F + H 2反應(yīng)快速反應(yīng)的機(jī)理，發(fā)現(xiàn)共振增強(qiáng)隧道效應(yīng)實(shí)際上是快速反應(yīng)。

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

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

化學(xué)反應(yīng)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(yīng)中的量子效應(yīng)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(yīng)，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(jìn)行?即使考慮到正常的量子隧穿，反應(yīng)速率也太低而不能用這種高度(~800K)的反應(yīng)屏障觀察到。

利用改進(jìn)的分子交叉光束裝置，科學(xué)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(xì)動力學(xué)分析，他們發(fā)現(xiàn)峰值是由F + H 2到HF + H反應(yīng)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(yīng)的第一激發(fā)共振態(tài)產(chǎn)生約20meV的振蕩。

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

因此，F(xiàn) + H 2反應(yīng)的反應(yīng)性幾乎完全來自于來自地諧振狀態(tài)的共振增強(qiáng)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(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)，這對于理解星際化學(xué)是必不可少的。