近日，精密测量院理论与计算化学研究组副研究员宋宏伟与清华大学教授宁传刚团队、新墨西哥大学教授郭华合作，利用FNH₃^-负离子偶极束缚态的自脱附现象，成功观测到F + NH₃反应过渡态附近弱弗兰克-康登区域的束缚态和Feshbach共振态，为研究反应过渡态提供了全新的观测手段。相关研究成果发表在国际学术期刊《自然-通讯》（Nature Communications）上。

化学反应过渡态决定了化学反应的基本特性。对于多数化学反应，反应过渡态的寿命非常短，实验观测非常困难，因此，直接观测反应过渡态被认为是化学研究中的一个“圣杯”。 共振态是反应体系在过渡态区域形成的具有一定寿命的准束缚态，它为研究化学反应在过渡态附近的行为提供契机，因而可以通过研究共振态的结构与动力学揭示化学反应的微观机理。

该工作提出一种表征反应过渡态弱弗兰克-康登区域的新方法（图1）。与直接光脱附实验不同，基于负离子偶极束缚态的光谱技术可以显著增强弱弗兰克-康登区域的谱学特征。他们利用该方法成功探测到F + NH₃反应路径上一系列新的束缚态和Feshbach共振态，并结合高精度的量子动力学计算对这些量子态进行了标记（图2）。由于极性分子在自然界中很常见，偶极束缚态广泛存在于极性分子之中，这一基于负离子偶极束缚态观测反应过渡态的新方法将极大地丰富我们对于化学反应动力学的认识。

Feshbach共振态是一种非常特殊的量子动力学现象，其表征需要结合高分辨率的实验和高精度的量子动力学计算。宋宏伟副研究员一直致力于多原子分子反应的过渡态光谱研究，发展了严格的量子动力学模型，为实现多原子分子反应过渡态光谱的精确表征提供了理论基础。此前，该方法用于研究FNH₃⁻负离子的直接光脱附过程，上述工作是过渡态光谱系列工作的又一标志性成果。

   相关研究成果以“Probing the activated complex of the F+NH₃ reaction via a dipole-bound state”为题发表在国际著名学术期刊《自然-通讯》上，在本项工作中宋宏伟负责理论计算与分析，宋宏伟和宁传刚为共同通讯作者。

FNH₃^-负离子直接光脱附和自脱附过程示意图

实验测量（黑色）与理论计算（红色）的FNH₃^-光脱附谱

    该研究得到了基金委创新研究群体项目和面上项目的资助。

    论文链接： https://www.nature.com/articles/s41467-024-48202-7