化学反应的“慢动作”

Adam和Kirrander还有布朗大学的Peter Weber都参与了这项研究,他们给SLAC带来了一些惊人的发现。自由电子X射线激光用在斯坦福直线加速器中心(SLAC)的直线加速器相干光源(LCLS)里,让科学家们能够看到化学反应的“慢动作”。Michael Minitti和他的团队给《物理评论快报》提供了这个成果,《自然》杂志也把它选为了研究亮点。 伍德沃德和霍夫曼规则在这个过程中起到了关键作用。研究对象是一种叫做1,3-环己二烯(CHD)的分子。这种分子被紫外激光脉冲触发开环反应后,又被X射线脉冲捕获住了这个过程。在这个过程中,环内的碳-碳键展开,断点处的原子脱离了平面。 用这些X射线脉冲来追踪化学反应需要超高亮度的自由电子激光。每束脉冲只有30飞秒,却含有约一万亿个光子。通过分析这些脉冲在反应过程中分子的散射模式,科学家们可以实时观察分子结构变化。英国爱丁堡大学的Adam Kirrander带领理论组提出了用自由电子激光研究实时电子动态的方案。他们计算了环己二烯开环的100种可能轨迹并把预测结果和实验数据进行了比对。 环形分子被光打破的飞秒瞬间,分子形状会发生改变。SLAC的X射线激光被用来测量这个变化。彩色图显示了理论模型和实际同步的结果,背景中的方块表示LCLS的探测器面板。 这次实验让科学家们第一次看到化学键断裂与生成的过程。传统观念认为化学反应只有一条路径,但这个实验打破了这种想法。科学家们同时观测到多条反应路径,这说明传统单一路径描述过于简化。 Minitti认为气相反应是个理想的测试床,把这套“超快X射线散射”搬进溶液或凝聚相后,化学反应研究将迎来前所未有的工具。Kirrander也表示它可能成为探索凝聚相化学反应最强大的技术之一。