اكتشف معهد داليان للفيزياء الكيميائية أول قناة تفاعل متجولة في حالة شديدة الإثارة للجزيئات باستخدام محطة داليان للضوء المتماسك

في التفاعلات الكيميائية، جذبت التفاعلات المنتشرة، كنوع خاص من آلية التفاعل، اهتمامًا واسع النطاق من العلماء. اكتشف معهد داليان للفيزياء الكيميائية، الأكاديمية الصينية للعلوم (المشار إليها فيما يلي باسم DICP) الحالة الأولى لقناة تفاعل متجولة في حالة الإثارة العالية للجزيء باستخدام مصدر ضوء داليان المتماسك، مما يدل على عالمية التجوال آلية التفاعل في التفاعلات الكيميائية، ويوفر منظورًا جديدًا لفهم التفاعلات الكيميائية والتنبؤ بها.
يُذكر أن نتيجة البحث هذه اكتملت من قبل الفريق التجريبي المكون من الباحث يوان كاي جون والأكاديمي يانغ شيويه مينغ من معهد داليان للفيزياء الكيميائية، مع الفريق النظري من الباحث فو بينا والأكاديمي تشانغ دونغ هوي، وتم نشر النتائج في المجلة. العلوم يوم 16 فبراير بتوقيت بكين.
إن حدوث التفاعلات الكيميائية يشبه "الذهاب فوق الجبل". في نظرية الحالة الانتقالية التقليدية للتفاعلات الكيميائية، يتبع التفاعل بشكل أساسي مسار الحد الأدنى من الطاقة، تمامًا مثل "متسلق الجبال" عادةً ما يجد أدنى خط قمم ويعبر جبلًا مرتفعًا من أجل استهلاك أقل قدر من الطاقة. في بعض التفاعلات الكيميائية، قد "تدور" الجزيئات بعيدًا عن محيط قمم الجبال. من وجهة نظر مجهرية، فإن الذرات أو المجموعات لا تنفصل فورًا عن الجزيئات، بل "تتسكع" بالقرب من الجزيئات، بعيدًا وقريبًا من الجزيئات، تمامًا مثل رواد الفضاء "المتجولين" في الفضاء. "التجوال"، وتشكل في النهاية منتجًا مختلفًا عن التفاعل الكيميائي التقليدي، وهو تفاعل التجوال.
في بداية القرن الحادي والعشرين، اكتشف العلماء تفاعل التجوال لأول مرة. ومنذ ذلك الحين، اقتصر تحليل آلية التفاعلات المنتشرة على الحالات الأرضية والإلكترونية المنخفضة للجزيئات. وقد أدى ظهور مصدر الضوء المتماسك داليان (DCLS) إلى حل المشكلة. يعد مصدر الضوء المتماسك داليان (DCLS) أول ليزر حر إلكترون حر فوق بنفسجي متطرف في الصين تم تطويره بواسطة الفريق بالتعاون مع معهد شنغهاي للفيزياء التطبيقية (SIAP)، وهو جهاز مستخدم ليزر الإلكترون الحر الوحيد في العالم الذي يعمل في الأشعة فوق البنفسجية القصوى. فرقة الطول الموجي. من خلال إخراج ضوء فوق بنفسجي شديد السطوع وقابل للضبط على الطول الموجي من مصدر ضوء داليان المتماسك، يمكن تحفيز أي جزيء إلى حالة محددة عالية الإثارة.
انخرط فريق الباحث يوان كاي جون والأكاديمي يانغ شيويه مينغ في أبحاث التفاعلات الكيميائية الضوئية الجزيئية لسنوات عديدة، وكانوا يؤمنون دائمًا بوجود تفاعلات متجولة للجزيئات في حالة شديدة الإثارة، "عند تطوير مصدر الضوء المتماسك داليان لقد وضع فريقنا بشكل مستقل عدة اتجاهات بحثية مسبقًا، والكيمياء الضوئية الجزيئية بين النجوم هي واحدة منها. قال Yuan Kaijun: "يمكن القول أن مصدر الضوء المتماسك في داليان يفتح الباب أمام دراسة أبحاث آلية تفاعل الحالة الجزيئية شديدة الإثارة."
استخدم الفريق مصدر ضوء داليان المتماسك لتحضير جزيئات ثاني أكسيد الكبريت ذات الحالة المثارة للغاية، ودمجه مع تقنية التصوير الأيوني عالي الدقة المطورة ذاتيًا لاستكشاف توزيع الحالة الكمومية لمنتجات الأكسجين في الحالة المثارة. لقد وجد أن منتجات الأكسجين ذات الحالة المثارة الناتجة عن تفكك جزيئات ثاني أكسيد الكبريت بالقرب من النطاق 133 نانومتر أظهرت توزيعين للحالة الكمومية الاهتزازية.
بعد ذلك، قام فريق الباحث بينا فو والأكاديمي دونغوي تشانغ بإعادة إنتاج الظاهرة التي تمت ملاحظتها تجريبيًا بدقة باستخدام طريقة بناء سطح الطاقة المحتملة عالية الدقة المطورة بشكل مستقل والحسابات الحركية لتحليل الحالة الكمومية للمنتج، وكشفوا أن جزيئات ثاني أكسيد الكبريت في المستويات العالية من الطاقة يمكن للحالة المثارة أن تولد منتجات أكسجين ذات توزيعات ديناميكيات اهتزازية عالية من خلال التفاعل المنتشر، في حين أن مسار الطاقة الأدنى التقليدي لا يولد سوى منتجات أكسجين ذات توزيعات ديناميكيات اهتزازية منخفضة. الاتفاق بين النتائج التجريبية والنظرية يؤكد وجود قناة التفاعل المنتشر ذات الحالة شديدة الإثارة ويظهر أن التفاعلات المنتشرة هي السائدة في التفاعلات الكيميائية.
"من خلال هذه الدراسة، قمنا بتوليد تصور جديد للنظريات السابقة للتفاعلات الكيميائية، ومن المحتمل أن يتم تفسير العديد من الظواهر غير المفسرة بنظريات التفاعل الكيميائي التقليدية من خلال آلية التفاعل المنتشر، مما سيعزز المزيد من الفهم لطبيعة التفاعلات الكيميائية. " وقال الأكاديمي يانغ شيويه مينغ، "إن كل اختراق في البحوث الأساسية يوسع حدود الإدراك البشري ويوسع احتياطيات المعرفة البشرية".