科學(xué)家發(fā)現(xiàn)分子振動(dòng)對(duì)氫鍵體系紅外光譜儀的作用機(jī)制

近日，中科院大連化學(xué)物理研究所研究員江凌、副研究員張兆軍和張東輝院士團(tuán)隊(duì)，與臺(tái)灣原子與分子科學(xué)研究所研究員郭哲來團(tuán)隊(duì)合作，利用自主研發(fā)的中性團(tuán)簇紅外光譜儀實(shí)驗(yàn)方法，揭示了分子振動(dòng)對(duì)氫鍵體系紅外光譜儀的作用機(jī)制。相關(guān)成果發(fā)表于《中國(guó)化學(xué)會(huì)會(huì)刊》。

分子振動(dòng)是構(gòu)筑物質(zhì)結(jié)構(gòu)、光譜及動(dòng)力學(xué)的基石。在氫鍵或范德華力鍵合的弱相互作用體系中，分子不停地振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)、斷鍵成鍵，形成各種動(dòng)態(tài)的瞬態(tài)結(jié)構(gòu)和柔性多變的勢(shì)能面，給理解分子振動(dòng)模式的貢獻(xiàn)造成了極大困難。因此，精確解析分子振動(dòng)對(duì)紅外光譜儀及動(dòng)力學(xué)的作用機(jī)制是科學(xué)家們長(zhǎng)期以來的夢(mèng)想，目的是獲得分辨較好的實(shí)驗(yàn)紅外光譜儀，以及需要可靠的理論方法精準(zhǔn)計(jì)算紅外光譜儀的譜峰位置和相對(duì)強(qiáng)度。

氨氣在大氣環(huán)境、工業(yè)催化等領(lǐng)域具有重要作用，氨氣團(tuán)簇是研究分子振動(dòng)對(duì)紅外光譜儀及動(dòng)力學(xué)作用機(jī)制的典型氫鍵體系。然而，由于缺乏原子尺度的實(shí)驗(yàn)表征手段以及精準(zhǔn)可靠的理論計(jì)算方法，氨氣團(tuán)簇的紅外光譜儀指認(rèn)仍然存在爭(zhēng)議。江凌團(tuán)隊(duì)利用自主發(fā)展的中性團(tuán)簇紅外光譜儀實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)中性氨氣團(tuán)簇開展了詳盡研究，獲得了分辨較好的實(shí)驗(yàn)紅外光譜儀。

張兆軍和張東輝團(tuán)隊(duì)利用自行發(fā)展的全維勢(shì)能面動(dòng)力學(xué)理論方法，郭哲來團(tuán)隊(duì)利用自主發(fā)展的非諧性量子化學(xué)理論方法，分別精準(zhǔn)計(jì)算了氨氣團(tuán)簇的瞬態(tài)結(jié)構(gòu)和紅外光譜儀，理論與實(shí)驗(yàn)高度吻合。研究結(jié)果表明，紅外光譜儀的貢獻(xiàn)主要來自于質(zhì)子授體氨，NH伸縮振動(dòng)基頻與NH彎曲振動(dòng)泛頻之間的非諧性耦合產(chǎn)生了顯著的費(fèi)米共振（3150至3300cm-1）。

本項(xiàng)工作通過提高實(shí)驗(yàn)紅外光譜儀的分辨率和理論方法精準(zhǔn)預(yù)測(cè)的有效性，揭示了分子振動(dòng)對(duì)氫鍵化合物紅外光譜儀及動(dòng)力學(xué)的作用機(jī)制，解決了長(zhǎng)期以來對(duì)氨氣團(tuán)簇紅外光譜儀指認(rèn)的爭(zhēng)議，為大氣霧霾和生物分子功能等領(lǐng)域的前沿科學(xué)研究提供了新策略。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.31635/ccschem.020.202000230

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