清华大学JPCL快讯 | XUV激光方法测量光谱精度的二氧化碳解离能

通讯作者： 莫宇翔(Yuxiang Mo)，清华大学物理系

作者： 宫士炎(Shiyan Gong)，王鹏(Peng Wang)

二氧化碳（CO ₂ ) 作为主要温室气体和燃烧反应产物，在地球和其它天体中普遍存在。其解离过程涉及三个通道，包括CO + O、C + O ₂ 和 C + O + O，这些通道的解离能数据对研究相关过程的机理和应用至关重要。然而，现有的CO ₂ 解离能数据精度有限，仍然基于上世纪六十年代的热力学测量，难以满足当前需求。因此，将其精度提高到光谱量级具有重要应用意义，也将为高精度量子化学计算提供参考标准。

为了实现对三原子分子解离能的精确测量, 需要同时对三原子分子和产物（双原子分子）进行转动态分辨的测量。这对实验测量提出了巨大挑战。目前仅H ₂ O等三原子分子的解离能达到了光谱精度。因此，对于三原子分子解离能的准确测量，需要采用新的实验方法。

最近，清华大学莫宇翔教授领导的研究小组在 JPC Letters 上发表了一项关于CO ₂ 解离能高精度测量的研究。通过利用态-态分辨阈值谱测量的新方法，成功实现了CO ₂ 解离能的光谱级别精度的测量。实验利用四波混频产生的XUV激光将CO ₂ 解离为CO和O中性碎片，采用另一束激光共振电离方法测量转动态分辨的CO产物。测量的光解反应为：CO ₂ (X ¹ Σ _g ⁺ ) + 13.425 eV → CO( a ³ Π ₀ ) + O( ¹ D ₂ )。 通过CO碎片和CO ₂ 分子的态-态分辨阈值平动能谱（见图），获得了精确的解离能值。 结合该研究小组之前报道的CO和O ₂ 解离能，现在CO ₂ 所有解离通道的数据都达到了光谱精度，精度比现有文献值提高了1到2个数量级（见表）。

最近态-态分辨阈值光谱方法已在高精度双原子分子解离能的测量中取得了成功。对CO ₂ 解离能的精确测量表明这种方法也适用于三原子分子解离能的准确测量。因此可以期望，其它重要的三原子分子，如H ₂ O和N ₂ O，也可在未来获得光谱精度的数据，这将在相关应用和理论研究上都具有重要意义。

该项研究中，宫士炎博士担任第一作者，莫宇翔教授为通讯作者。