低碰撞能下化学反应的态态动力学实验研究

Collision energy is a very important parameter in the study of reaction dynamics. Molecular system goes through different areas on the potential energy surface at different collision energies. A tiny difference in collision energy could result in a dramatic change of the reaction mechanism. In particular, at low collision energy, very few partial waves contribute to the reactions. Furthermore, the quality of molecular beams is also better at low energies. So, the study at low collision energy could reveal the quantum nature of chemical reaction, such as reactive resonance, with high experimental resolution. It is therefore a very important project to investigate. We propose to study the reaction X+H2/HD(X=O(1D),S(1D)).By measuring the differential cross sections at low collision energies, we will focus on the resonance like features and mutisurface dynamics in the reactions.

碰撞的能量是分子反应过程中的一个非常重要的参数，在不同的碰撞能下，分子体系将经由势能面上的不同区域进行反应，因此碰撞能量上一些细微的变化都会显著影响散射实验的结果。在低碰撞能下，只有少数几个甚至一个分波的对化学反应有贡献，同时，分子束源的冷却也使得实验能量分辨率得到大幅提高，因此，低碰撞能下的化学反应动力学研究可以在更高的实验分辨下更为直接地测量诸如反应共振等量子效应，对于理解态态动力学具有特别的意义。在本项目的研究中，我们将采用小角度分子束散射装置，结合激光分子束振动激发技术， 对X+H2/HD(X=O(1D),S(1D))型的化学反应在低碰撞下的微分截面进行测量，探索反应体系中的共振行为以及多势能面对反应动力学的影响。

碰撞能是分子反应过程中的一个非常重要的参数，碰撞能量上一些细微的变化都可能显著影响散射实验的结果。在特定的碰撞能量下实验精确测量量子态分辨的反应微分截面的对于全面理解化学反应中的重要量子效应十分重要。通过交叉分子束-离子速度成像实验方法结合共振增强多光子电离技术的应用，我们可以在精确控制的反应碰撞能下，对反应产物进行量子态分辨的微分截面的探测，从原子分子水平上研究化学反应的机理。项目执行期间，利用自行搭建的一套交叉分子束-时间切片离子速度成像实验装置开展实验研究，极大地提高了实验的灵敏度与分辨率。利用该实验装置，我们对H + HD → H2 + D反应在1.17 eV碰撞能下的态-态反应动力学开展了高分辨实验研究，采用1+1'（真空紫外+紫外）近阈值激光电离方式对D原子产物进行探测，获得了高角度分辨和高能量分辨的产物离子速度影像，进而精确获得了反应的态-态微分截面。实验观测到了H2 (v' = 0, j' =1,3)振转产物角分布中与量子干涉效应相联系的前向散射振荡。这一研究进一步表明了化学反应微分截面的精确测量在气相态-态反应动力学研究中的重要性。同时，对多原子反应H+CH4/CD4→H2/HD+CH3/CD3在不同碰撞能下的量子态分辨微分截面进行了测量。通过（2+1）共振增强多光子电离技术测量了反应在0.72和1.06 eV碰撞能下的基态和振动激发态CH3/CD3产物。发现随着碰撞能的增大，产物的角分布逐渐从后向往侧向转移，并且振动激发态产物更倾向于分布在侧向。散射产物的角分布与反应碰撞参数密切相关，这一实验结果意味着碰撞参数对振动激发态产物通道有着重要的影响。此外，我们还实现了O和S自由基的产生与选态电离探测，通过结合氢原子探测技术，开展了对O/S+H2/HD反应散射的实验研究，部分成果已经发表在本领域国际期刊上，后续成果也将陆续展示出来。