科学家发现分子振动对氢键体系红外光谱的作用机制

近日，中科院大连化学物理研究所研究员江凌、副研究员张兆军和张东辉院士团队，与台湾原子与分子科学研究所研究员郭哲来团队合作，利用自主研发的中性团簇红外光谱实验方法，揭示了分子振动对氢键体系红外光谱的作用机制。相关成果发表于《中国化学会会刊》。

分子振动是构筑物质结构、光谱及动力学的基石。在氢键或范德华力键合的弱相互作用体系中，分子不停地振动转动、断键成键，形成各种动态的瞬态结构和柔性多变的势能面，给理解分子振动模式的贡献造成了极大困难。因此，精确解析分子振动对红外光谱及动力学的作用机制是科学家们长期以来的梦想，目的是获得分辨较好的实验红外光谱，以及需要可靠的理论方法精准计算红外光谱的谱峰位置和相对强度。

氨气在大气环境、工业催化等领域具有重要作用，氨气团簇是研究分子振动对红外光谱及动力学作用机制的典型氢键体系。然而，由于缺乏原子尺度的实验表征手段以及精准可靠的理论计算方法，氨气团簇的红外光谱指认仍然存在争议。江凌团队利用自主发展的中性团簇红外光谱实验方法，对中性氨气团簇开展了详尽研究，获得了分辨较好的实验红外光谱。

张兆军和张东辉团队利用自行发展的全维势能面动力学理论方法，郭哲来团队利用自主发展的非谐性量子化学理论方法，分别精准计算了氨气团簇的瞬态结构和红外光谱，理论与实验高度吻合。研究结果表明，红外光谱的贡献主要来自于质子授体氨，NH伸缩振动基频与NH弯曲振动泛频之间的非谐性耦合产生了显著的费米共振（3150至3300cm^-1）。

本项工作通过提高实验红外光谱的分辨率和理论方法精准预测的有效性，揭示了分子振动对氢键化合物红外光谱及动力学的作用机制，解决了长期以来对氨气团簇红外光谱指认的争议，为大气雾霾和生物分子功能等领域的前沿科学研究提供了新策略。

相关论文信息：https://doi.org/10.31635/ccschem.020.202000230