两个电子的化学键形成需要自旋的排列。因此,对于气相反应来说,改变分子的电子自旋状态可以显著改变其反应活性。对于发生在表面的反应,在多相催化等过程中引起了人们的极大兴趣,目前还没有能够观察到自旋守恒的确定状态实验,因此电子自旋在表面化学中的作用仍然存在争议。近日,德克萨斯理工大学G. Barratt Park、新墨西哥大学Guo Hua报道了石墨中氧原子散射的自旋相关反应活性和自旋翻转动力学。
本文要点:
1) 作者使用入射/出射相关离子成像技术对O(3P)和O(1D)原子与石墨表面碰撞进行散射实验,其中控制初始自旋态分布并确定最终自旋态。作者证明O(1D)与石墨的反应活性比O(3P)更强。
2) 作者还确定了电子非绝热途径,通过该途径入射的O(1D)被猝灭为离开表面的O(3P)。在高维机器学习辅助的第一性原理势能面上进行的分子动力学模拟的帮助下,作者对该系统进行了机理理解,即自旋禁止跃迁确实发生,但概率很低。
Zibo Zhao et.al Spin-dependent reactivity and spin-flipping dynamics in oxygen atom scattering from graphite Nature Chemistry 2023
DOI: 10.1038/s41557-023-01204-2
https://doi.org/10.1038/s41557-023-01204-2