De aanwezigheid van hoogenergetische stralingsvelden in het heelal levert verschillende supergeëxciteerde moleculen op, die een belangrijke rol spelen als reactietussenproduct.

Het begrijpen van de fragmentatieprocessen van supergeëxciteerde moleculen is belangrijk in de bovenste atmosferen van planeten en in het fotodissociatiegebied (PDR) van de planetaire nevel. Echter, het onderzoek van dergelijke processen in het laboratorium is een uitdaging vanwege het gebrek aan energetische fotonen om moleculen tot zeer opgewonden toestanden te exciteren.

Met de komst van de intense, gepulseerde vrije-elektronenlaser (FEL) in de Dalian Coherent Light Source (DCLS) in Dalian, China, de fotofragmentstudie van moleculen en radicalen is mogelijk geworden voor vacuüm-ultraviolette (VUV) golflengten onder 100 nm met behulp van translatie-energiespectroscopie met hoge resolutie.

Onlangs, Prof. Yuan Kaijun en Prof. Yang Xueming's groep van het Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) van de Chinese Academie van Wetenschappen, in samenwerking met Prof. Hu Xixi en Prof. Xie Daiqian van Nanjing University, voor het eerst elektronisch geëxciteerde OH-superrotors in waterfotochemie.

Deze studie is gepubliceerd in Journal of Physical Chemistry Letters op 24 augustus.

"We gebruikten VUV-FEL-laserpulsen met een golflengte van 96,4 nm om het watermolecuul te exciteren naar een hoge Rydberg-toestand met de energie boven zijn ionisatiepotentieel, en toen werd het H-atoom geproduceerd in de fragmentatie van dit supergeëxciteerde watermolecuul gedetecteerd met behulp van de HRTOF-techniek, " zei prof. Yuan.

De experimentele resultaten gaven aan dat de binaire fragmentatiekanalen H + OH en de drievoudige kanalen O + 2H beide aanwezig zijn bij fotolyse van 96,4 nm. Elektronisch bekrachtigde OH-superrotoren, met de interne energie net boven de OH (A) dissociatie-energie, voor het eerst waargenomen, die alleen werden ondersteund door de grote centrifugale barrières. De levensduur van deze elektronisch geëxciteerde OH-superrotors was afhankelijk van het tunneleffect en het predissociatie-effect.

"We hebben de potentiële energiecurven van OH herberekend, en ontdekte dat hoewel de N =36, het pure rotatieniveau van OH was al boven de dissociatielimiet, en de tunneling levensduur van deze toestand door de centrifugale barrière was vrij lang (> 2 jaar). Echter, de kruisingen van de ro-vibratieniveaus met de afstotelijke toestanden veroorzaakten ernstige predissociatie, " zei prof. Hu.

De predissociatiesnelheid was enkele orden van grootte sneller dan de tunnelingsnelheid. Als resultaat, de levensduur van de OH-superrotors was ongeveer 370-57 ps. Dit suggereert dat deze elektronisch geëxciteerde superrotors die in het huidige werk zijn geïdentificeerd, een rol kunnen spelen in de daaropvolgende chemische reacties in de dichte atmosfeer.