중국과학원 다롄(大連)화학물리연구소 단롄광원과학연구실 Yuan Kaijun(袁開軍) 연구원과 중국과학원 Yang Xueming(楊學明) 연구팀은 난징대학교 Xie Daiqian(謝代前) 연구팀과 공동으로 최초로 물분자 광분해 중의 수소 생성물 통로를 측정하고 해당 수소 생성물이 모두 진동 여기 상태에 있음을 발견했다. 해당 광화학 반응은 성간 공간에 존재하는 진동 여기 상태 수소의 공급원을 탐구하기 위한 중요한 방법을 제공한다.

수소는 우주에서 가장 풍부한 분자이며 우주의 진화에 중요한 역할을 한다. 성간 관측에 따르면 성운에는 진동 여기 상태의 대량의 수소가 분포되어 있다. 특히 성간 광선 복사 구역에서 진동 여기 상태 수소에서 기인한 500개 이상의 스펙트럼선이 천문학적으로 관측되었다. 진동 여기 상태의 수소는 수명이 길고 반응 활성이 높아 행성 대기의 구성과 진화에 중요한 역할을 한다. 기존의 성간 이론에 따르면 진동 여기 상태의 수소는 주로 2개 공급원이 있다. 하나는 항성 폭발 또는 형성 과정에서 생성된 충격파가 수소를 진동 상태로 가열하고 다른 하나는 수소가 자외선에 의해 여기된 후 전자 상태의 진통 상태로 감쇠된다. 이론적으로 진동 여기 상태 수소의 직접적인 형성도 해당 고에너지 수소의 중요한 공급원일 수 있다고 예측하지만 구체적인 형성 과정은 여전히 ​​불분명하다.

연구팀은 물분자의 광화학적 과정을 연구했다. 해리 파장을 100nm에서 112nm 범위로 조정하고 이온 이미징을 이용하여 최초로 O(1S)+H2 생성물 통로를 관찰했다. 실험 결과, 수소 생성물은 주로 3차 또는 4차 진동 여기 상태에 분포되어 있다. 또한, 이론적 계산으로 물분자의 전이 상태 구조를 구축하고 진동 여기 상태 수소의 형성 메커니즘을 설명했다. 물은 우주 성운과 혜성의 대기에 광범위하게 존재하기 때문에 물분자의 광분해는 성간 광선 복사 구역에 존재하는 진동 여기 상태 수소의 공급원 연구를 위한 새로운 방법을 제공하며 성운과 행성 대기 진화 모델 구축에 중요한 의미가 있다.

해당 연구는 연구팀의 물분자 극자외선 광화학 과정에 대한 체계적인 연구 중의 새로운 성과이다. 기존 연구 성과는: 물분자의 광분해에 의해 생성되는 과열 히드록실라디칼(Nat. Comm.) 발견, 전자 여기 상태의 히드록실 슈퍼 로터의 형성（JPCL） 관찰, 물분자 동위원소에 의해 유도된 우발적 공명 효과(JPCL), 물분자 광분해가 고진동을 형성하여 여기한 OH가 화성 대기광의 공급원(JPCL), 물분자 삼체 해리 산소 생성이 행성 초기 대기 중 산소의 중요한 공급원(Nat. Comm.) 및 물분자 광화학 중의 동위원소 효과는 태양 성운 중 D/H 동위원소 분포가 고르지 않은 중요한 원인(Sci. Adv.) 등이 있다.

관련 연구 성과는 “Vibrationally Excited Molecular Hydrogen Production from the Water Photochemistry”라는 제목으로 국제학술지 “Nature Communications”에 게재되었다.

정보출처 : https://mp.weixin.qq.com/s/DVMMavV70JHCotQcjv1huQ