我院王恩亮特任研究员在超冷氢气生成H3+离子研究中取得重要进展

近日，我院王恩亮特任研究员与加拿大国家研究委员会和渥太华大学阿秒科学联合实验室的合作者在超冷氢气中观察到了新的H₃⁺离子的生成机制，该成果以“D₃⁺ formation through photoionization of the molecular D₂–D₂ dimer”为题，发表在《Nature Chemistry》上。

H₃⁺离子在宇宙早期星际介质演化中发挥着重要的作用，被称作“星际化学的引擎”。在星际云团中，H₃⁺通过碰撞将质子传递给受体，使得中性的基团质子化并增强反应活性，进而激活一系列后续化学反应，最终形成星际介质及生命物质。通常认为，宇宙中的H₃⁺离子来自于基于氢气云团中的离子-分子碰撞，即氢气在宇宙辐射下电离，产生的H₂⁺进一步与氢气碰撞产生H₃⁺，H₂⁺ + H₂ → H₃⁺ + H。基于此模型，在星际稀薄分子云中，理论预测的H₃⁺的柱密度比实验观测值低很多，这是天体化学中长期困扰人们的一个基本问题，被称为天体化学的“H₃⁺柱密度之谜”。

图一 超冷分子云中氘气团簇在辐射下生成D₃⁺离子

最近，科研人员利用低温超音速冷分子束技术模拟星际空间的超冷环境，采用化学性质与氢气完全相同的氘气成功制备了氘气的双聚体，并利用强场飞秒激光及反应显微成像谱仪对氘气双聚体电离解离过程的分子动力学进行了飞秒级别的高精度成像。研究发现，氘气双聚体在电离辐射下能够以极高的效率生成D₃⁺，超冷氘气中少量的双聚体对于D₃⁺的生成有重要的影响。该项研究首次揭示了星际间超冷氢气中少量的双聚体对于H₃⁺离子的丰度有重要贡献，为解决天体化学的“H₃⁺柱密度之谜”提供了全新的思路。

该项研究由我院王恩亮特任研究员与加拿大渥太华大学的合作者共同完成，渥太华大学米永浩博士为第一作者，王恩亮特任研究员、米永浩博士与André Staudte教授为共同通讯作者。该项工作得到了中国科学院战略性先导科技专项等项目的资助。

 论文链接：https://www.nature.com/articles/s41557-023-01231-z