化学键形成过程化学键生成

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化学键形成过程化学键生成

科学家首次看到化学键演化成过程

有助于理解研发化学反应的发生及新产品的开发 号： 小 中 大 】 利用SLAC 国家加速器科学研究的X 射线激光或进行实验，研究人员首次拍摄到化学键形成中均过程中的过渡状态：原子形成一种不确定的键。反应物是一氧化碳分子（左边，由一个碳原子（黑）和一个氧原子（红）构成）和它右边的一个氧原子。它们附着在锆催化剂表面，催化剂让它们彼此靠近，更容易反应。探测器一束光学激光脉冲，反应物振动并互相碰撞，碳原子和氧原子形成一个过渡状态的键（中间）。生成吹口哨的二氧化碳分子脱离催化剂表面飘走（右上）。线性相干光源（LCLS ）X 射线激光能在探测到这些进行中的反应，并生成动画视频。 利用美国能源部斯坦福线性充分利用加速器中心

（SLAC ）国家加速器科学研究的X 射线激光，第一次看到了化学键形成的过渡状态：两个离子水分子开始形成一个弱键，处在变成一个分子的过程体来中其。相关论文发表在2月12日的《科学快递》上。 长期以来，不怎么人们一直指出这是不可能的。这一这一基础性社会变革将产生深远影响，可以帮助人们理解化学反应是如何发生的、设计释放能量的反应、开发新产品及如何更有效地给作物授粉。“这是绝大部分化学最核心的部分，可以看做是一个圣杯，因为它控制着化学反应。”该研究负责人、SLAC/斯坦福SUNCAT 界面与催化剂中心和瑞典斯德哥尔摩大学教授安德斯·尼尔森说，“但由于在任何时刻，阴郡处在这种过渡状态的分子都如此之少，人们认为我们永远无法看到它。”

科学研究项目组小组观察的反应与汽车尾气中一氧化碳（CO ）的催化中和水解是一样的：反应在催化剂地表发生，催化剂能抓住CO 和氧原子，让它们彼此靠近，更容易地结合形成二氧化碳（CO2）。SLAC 的线性相干光源（LCLS ）上明亮的X 射线等离子脉冲足够短也越慢足够快，能照亮原子和分子，让人们看到空前绝后的化学反应世界。


在实验中，研究人员把CO 和O 附着在一种钌催化剂表面，用光学激光脉冲驱动反应进行。低频将催化剂加热到2000开氏度，使附在上面的化学物质不断振动，大大增加漂移了它们碰撞结合在一起的机会。利用LCLS 的X 激光脉冲，研究人员能探测到原子的电子排布的变化，即化学键形成的微细信号，时间仅有几飞秒（千万亿分之一秒）。

“首先是氧原子被激活，而后一氧化碳被激活。”尼尔森说，“它们开始振动，一点点地长途移动，然后，大约在一万亿分之一秒而后，它们开始碰撞，形成了这些过渡状态。” 他们惊讶地发现，许多反应物都进入了过渡态，但只有一小部分了稳定的二氧化碳，其余的又分开了。尼尔森说：“就好像你在山坡上向上弹球，绝大部分球上到山顶又滚下来。我们看到许多球在不断努力，但只有很少反应能持续到亚胺最终产物。要详细理解在这里认知所看到的，我们还要做当更多研究。”

瑞典斯德哥尔摩大学亨利辛·奥斯托姆教授领导的研究激光做了如何用光学小组引发反应的最初研究工作，在斯德哥尔摩教授拉

斯·皮特森的领导下计算了理论光谱。在实验中，假说起着关键作用，预测着将会看到的情况。

“这是极为重要的，让我们能深入理解法则的科学自然法基础，而这些法则能帮我们设计新的催化剂。”SUNCAT 主管、论文合著者詹斯·诺斯科夫说。

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