O+O₂反应散射微分截面图

近日，中科院大连化学物理研究所分子反应动力学研究工作获得重要进展。由分子反应动力学国家重点实验室及理论中心研究人员孙志刚，刘兰，张东辉以及他们的合作者撰写的论文State-to-state quantum dynamics of O＋O₂ isotope exchange reactions reveals nonstatistical behavior at atmospheric conditions（态－态动力学揭示O＋O₂同位素交换反应在大气条件下的非统计行为）发表在近期出版的《美国国家科学院院刊》（PNAS）上（PNAS 107，555 (2010)）。

众所周知，臭氧在大气中的光解吸收了太阳光中的大部分紫外光，从而保护了地球上的生物免受紫外线的伤害。与此同时，大气通过以下反应不断产生新的O₃保持O₃浓度的基本不变：

O＋O₂ → O₃^*→ O+O₂；

O₃^*＋M →O₃＋M。

可以看出，O与O₂的碰撞可能产生高激发的O₃^*中间体，它既可以分解成为产物O＋O₂，也可以通过碰撞把能量传给另一分子M而生成稳定的O₃分子。因而，O＋O₂交换反应是臭氧产生的必经步骤，在大气化学中有着极其重要的意义。尽管该交换反应只包含三个氧原子，但是由于氧原子的质量远比量子动力学中涉及最多的氢原子大，并且该反应经过O₃的深势阱，态－态量子动力学研究一直无法实现。

2008年，孙志刚、张东辉等人发展了一种有效的三原子态－态动力学方法，首次得到了燃烧化学中最为重要的H＋O₂反应的态－态微分截面【Journal of the American Chemical Society 130，14962 (2008)】。2009年他们进一步优化了该方法，并在Schinke等人构造的O₃势能面上首次得到了碰撞能在0.1eV以下的态－态微分截面。他们发现这个由三个重原子参与的反应具有很强的非统计效应，与美国新墨西哥州立大学郭华等人的统计研究结果有着明显的差异。这个非统计效应很可能与臭氧的异常同位素分布有着直接的关系，对臭氧的研究有重要意义。