近日，精密測量院理論與計(jì)算化學(xué)研究組副研究員宋宏偉與清華大學(xué)教授寧傳剛團(tuán)隊(duì)、新墨西哥大學(xué)教授郭華合作，利用FNH₃^-負(fù)離子偶極束縛態(tài)的自脫附現(xiàn)象，成功觀測到F?+?NH₃反應(yīng)過渡態(tài)附近弱弗蘭克-康登區(qū)域的束縛態(tài)和Feshbach共振態(tài)，為研究反應(yīng)過渡態(tài)提供了全新的觀測手段。相關(guān)研究成果發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然-通訊》（Nature Communications）上。

化學(xué)反應(yīng)過渡態(tài)決定了化學(xué)反應(yīng)的基本特性。對于多數(shù)化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)過渡態(tài)的壽命非常短，實(shí)驗(yàn)觀測非常困難，因此，直接觀測反應(yīng)過渡態(tài)被認(rèn)為是化學(xué)研究中的一個(gè)“圣杯”。 共振態(tài)是反應(yīng)體系在過渡態(tài)區(qū)域形成的具有一定壽命的準(zhǔn)束縛態(tài)，它為研究化學(xué)反應(yīng)在過渡態(tài)附近的行為提供契機(jī)，因而可以通過研究共振態(tài)的結(jié)構(gòu)與動力學(xué)揭示化學(xué)反應(yīng)的微觀機(jī)理。

該工作提出一種表征反應(yīng)過渡態(tài)弱弗蘭克-康登區(qū)域的新方法（圖1）。與直接光脫附實(shí)驗(yàn)不同，基于負(fù)離子偶極束縛態(tài)的光譜技術(shù)可以顯著增強(qiáng)弱弗蘭克-康登區(qū)域的譜學(xué)特征。他們利用該方法成功探測到F + NH₃反應(yīng)路徑上一系列新的束縛態(tài)和Feshbach共振態(tài)，并結(jié)合高精度的量子動力學(xué)計(jì)算對這些量子態(tài)進(jìn)行了標(biāo)記（圖2）。由于極性分子在自然界中很常見，偶極束縛態(tài)廣泛存在于極性分子之中，這一基于負(fù)離子偶極束縛態(tài)觀測反應(yīng)過渡態(tài)的新方法將極大地豐富我們對于化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)的認(rèn)識。

Feshbach共振態(tài)是一種非常特殊的量子動力學(xué)現(xiàn)象，其表征需要結(jié)合高分辨率的實(shí)驗(yàn)和高精度的量子動力學(xué)計(jì)算。宋宏偉副研究員一直致力于多原子分子反應(yīng)的過渡態(tài)光譜研究，發(fā)展了嚴(yán)格的量子動力學(xué)模型，為實(shí)現(xiàn)多原子分子反應(yīng)過渡態(tài)光譜的精確表征提供了理論基礎(chǔ)。此前，該方法用于研究FNH₃^?負(fù)離子的直接光脫附過程，上述工作是過渡態(tài)光譜系列工作的又一標(biāo)志性成果。

???相關(guān)研究成果以“Probing the activated complex of the F+NH₃ reaction via a dipole-bound state”為題發(fā)表在國際著名學(xué)術(shù)期刊《自然-通訊》上，在本項(xiàng)工作中宋宏偉負(fù)責(zé)理論計(jì)算與分析，宋宏偉和寧傳剛為共同通訊作者。

FNH₃^-負(fù)離子直接光脫附和自脫附過程示意圖

實(shí)驗(yàn)測量（黑色）與理論計(jì)算（紅色）的FNH₃^-光脫附譜

????該研究得到了基金委創(chuàng)新研究群體項(xiàng)目和面上項(xiàng)目的資助。

??? 論文鏈接： https://www.nature.com/articles/s41467-024-48202-7