科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，分子振動(dòng)對(duì)氫鍵系統(tǒng)紅外光譜的作用機(jī)制

分子振動(dòng)是結(jié)構(gòu)物質(zhì)結(jié)構(gòu)、光譜和動(dòng)力學(xué)的基石。在氫鍵或范德華力鍵合的弱相互作用系統(tǒng)中，分子不斷振動(dòng)旋轉(zhuǎn)，斷鍵形成各種動(dòng)態(tài)瞬態(tài)結(jié)構(gòu)和靈活的勢(shì)能表面，極難理解分子振動(dòng)模式的貢獻(xiàn)。因此，科學(xué)家長(zhǎng)期以來(lái)一直夢(mèng)想著準(zhǔn)確分析分子振動(dòng)對(duì)紅外光譜和動(dòng)力學(xué)的作用機(jī)制，以獲得更好的實(shí)驗(yàn)紅外光譜，以及準(zhǔn)確計(jì)算紅外光譜峰值位置和相對(duì)強(qiáng)度的可靠理論方法。

氨在大氣環(huán)境、工業(yè)催化等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，氨簇是研究分子振動(dòng)對(duì)紅外光譜和動(dòng)力學(xué)作用機(jī)制的典型氫鍵系統(tǒng)。然而，由于缺乏原子尺度的實(shí)驗(yàn)表征手段和精確可靠的理論計(jì)算方法，氨簇的紅外光譜識(shí)別仍存在爭(zhēng)議。江凌團(tuán)隊(duì)利用自主開(kāi)發(fā)的中性群紅外光譜實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)中性氨群進(jìn)行了詳細(xì)研究，獲得了較好的紅外光譜實(shí)驗(yàn)。

張兆軍和張東輝團(tuán)隊(duì)利用自身發(fā)展的全維勢(shì)能面動(dòng)力學(xué)理論方法，郭哲來(lái)團(tuán)隊(duì)利用自主發(fā)展的非諧量子化學(xué)理論方法，準(zhǔn)確計(jì)算了氨群的瞬態(tài)結(jié)構(gòu)和紅外光譜，理論與實(shí)驗(yàn)高度一致。結(jié)果表明，紅外光譜的貢獻(xiàn)主要來(lái)自質(zhì)子授體氨，NH伸縮振動(dòng)基頻和NH彎曲振動(dòng)泛頻之間的非諧耦合產(chǎn)生了明顯的費(fèi)米共振(3150至3300cm-1）。

這項(xiàng)工作揭示了分子振動(dòng)對(duì)氫鍵化合物紅外光譜和動(dòng)力學(xué)的作用機(jī)制，通過(guò)提高實(shí)驗(yàn)紅外光譜的分辨率和理論方法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的有效性，解決了氨簇紅外光譜的長(zhǎng)期糾紛，為大氣霧霾和生物分子功能領(lǐng)域的前沿科學(xué)研究提供了新的策略。

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