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    研究揭示水分子光解是行星早期大氣光化學產氧重要途徑

    2021-05-07 大連化學物理研究所
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      近日,中國科學院大連化學物理研究所大連光源科學研究室研究員袁開軍、中科院院士/大連化物所研究員楊學明團隊和南京大學教授謝代前合作,發現水分子在極紫外波段光照發生三體解離產生氧原子,為行星早期大氣中氧氣的起源提供了新思路。

      氧元素在宇宙中的豐度僅次于氫元素和氦元素,但游離的氧氣分子稀少。除了在地球上,氧氣僅在少數行星的大氣中被觀測到。地質學家認為,在生物光合作用產氧之前,原始地球大氣中就已存在少量氧氣,但這些氧氣的來源存在較大爭議。其中,二氧化碳光化學是主要的產氧途徑:CO2光解離產生CO+O,隨后兩個O原子復合產生O2。近期,天文觀測發現彗星67P大氣層中存在大量的氧氣和水,兩者的濃度存在較強相關性,表明彗星中氧氣的形成與水相關,但相關機制尚不清楚。

      研究人員利用大連光源研究了水分子光化學過程:將解離波長推進至90-110 nm區域,發現水分子主要的解離過程是三體解離產生O+H+H;結合早期太陽光的輻射強度和水分子吸收光譜,發現水分子光解產生氧原子的概率是20%。水大量存在在宇宙星云、彗星大氣、地球早期大氣層中,水分子三體解離產生氧原子,隨后兩個氧原子復合產生氧氣可能是這些環境下氧氣的重要來源。由于氧氣和水是生命起源和進化的重要條件,水分子三體解離過程直接將兩者關聯起來,對尋找生命星球具有重要意義。

      此前,袁開軍團隊利用大連光源發現了水分子光解離產生超熱羥基自由基(Nature Communication,2019),實現了硫化氫分子全波段光解產生SH(X)產物的產率測量(Nature Communication,2020),發現了乙烷分子光解離新的通道(Chem. Sci.,2020)。

      相關研究成果以Three body Photodissociation of the water molecule and its implications for prebiotic oxygen production為題,發表在Nature Communications上,并被推薦為亮點文章(Featured Article)。大連化物所分子光化學動力學研究組17級博士研究生常堯為論文第一作者。研究工作得到國家自然科學基金委動態化學前沿研究中心項目、中科院戰略性先導科技專項(B類)“能源化學轉化的本質與調控”﹑自然科學基金優青項目等的資助。

      論文鏈接 

    大連光源模擬光解水發生三體解離過程是行星原始大氣中氧氣的重要來源

    打印 責任編輯:張芳丹

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