近日，中國科學院院士、中科院大連化學物理研究所研究員楊學明和大連化物所研究員袁開軍團隊，與南京大學教授胡茜茜、謝代前合作，在水分子的光解動力學研究中取得新進展，首次發現電子激發態的OH超級轉子。
當分子處於一個內態能量高於其第一電離能的高裡德堡態時，學界把該分子稱為超激發態分子。超激發態分子作為一個反應中間體，發揮重要作用，尤其是這些分子被認為是在電子與分子離子的碰撞反應中導致Feshbach共振的原因。星際空間中的高能輻射場產生超激發態分子，理解超激發態分子的碎片化過程有利於理解在行星上層大氣及星雲光解區域中發生的光化學反應。然而，由於缺乏真空紫外（VUV）光源，科學家研究這些超激發態分子的碎片化過程具有挑戰性。
大連相干光源的建成出光，為科研人員探索超激發態分子的碎片化過程提供契機。該研究中，袁開軍和楊學明團隊利用大連相干光源的自由電子雷射，輸出96.4 nm的真空紫外雷射，將水分子激發到超過第一電離能（98 nm）的高裡德堡態（超激發態），結合H原子高裡德堡態標識飛行時間譜技術，探測超激發態的水分子在碎片化過程中產生的H原子，研究人員觀測到處於第一電子激發態（A態）的OH（A）超級轉子。OH（A）超級轉子由於離心勢壘的束縛而存在，其壽命由隧穿效應和預解離效應共同決定。胡茜茜和謝代前團隊重新計算OH分子的勢能曲線，計算得到的OH（A）超級轉子的隧穿壽命仍較長，如OH（A，v=0，N=36）的隧穿壽命大於2年。但是由於預解離速率比隧穿速率快好幾個數量級，因此，這些電子激發態的OH超級轉子的預解離壽命短，只有幾十至幾百個皮秒。雖然這些超級轉子的壽命短，但是極高的內態能量使它們具有很高的反應活性，在地球上層大氣中可能起著尚未被學界發現的作用。
相關研究成果發表在《物理化學快報》（The Journal of Physical Chemistry Letters）上。研究工作得到國家自然科學基金委動態化學前沿研究中心項目、中科院戰略性先導科技專項（B類）「能源化學轉化的本質與調控」、自然科學基金面上項目、大連化物所「大連相干光源」專項等的支持。
大連化物所利用自由電子雷射在水分子的光解中觀測到電子激發態的OH超級轉子