科學家發現“漫游”機制主導的多原子分子反應

近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員傅碧娜、中國科學院院士張東輝團隊在多原子碰撞反應機制研究方面取得新進展，發現在Cl+C₂H₂→C₂H+HCl反應中，占主導地位的機制為“漫游”機制，而非傳統過渡態的直接抽取機制。相關成果發表在《自然-通訊》上。

長期以來，化學界普遍認為化學反應遵循傳統過渡態理論，沿著最小能量路徑進行。然而，近年來非傳統反應途徑如漫游機制逐漸受到關注。本工作聚焦的 Cl+C₂H₂反應在大氣化學中具有重要意義，是乙炔在海洋和極地對流層的去除途徑，也是平流層下部鹵素原子的重要消耗途徑。

研究團隊利用自主開發的基本不變量-神經網絡方法，構建了Cl+C₂H₂反應的高精度全維勢能面，并開展精確的動力學模擬。研究發現，一旦超過能量閾值，Cl+C₂H₂→C₂H+HCl反應主要通過氯漫游和氫漫游兩種機制進行（貢獻接近100%），傳統過渡態的直接抽取機制的貢獻微乎其微。在氯漫游過程中，Cl 原子與乙炔形成短暫的C₂H₂Cl 加合物，隨后Cl原子部分解離并在乙炔分子周圍漫游，最終提取氫原子形成HCl。氫漫游機制則是氫原子先部分脫離，在C₂HCl中間體周圍遷移，進而提取氯原子生成產物。通過對反應時間、產物角分布和能量分布的深入分析，研究團隊進一步揭示了該反應中漫游機制占主導地位。

本工作不僅挑戰了傳統雙分子反應理論，強調了在反應動力學研究中考慮非傳統途徑的重要性，還為準確預測反應速率常數、深入理解反應機制提供了新視角。

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-58121-w