科學家解密空氣汙染的隱藏化學機制：光誘導分子運動大揭密

最新研究利用超快電子成像技術，首次捕捉到碳氫化合物分子在光照下產生的原子核運動。這項突破性發現揭示了光與分子相互作用如何影響大氣中亞硝酸的形成，而亞硝酸正是導致空氣汙染的關鍵物質。

研究團隊特別關注「分子內質子轉移」現象——當質子在同一分子內不同部位間移動的過程。為觀察這種轉瞬即逝的運動，科學家運用比人類髮絲細萬倍以上的超快電子相機，成功記錄下分子尺度的細微變化。結合先進的計算模型，他們發現質子轉移後會引發分子平面外扭轉運動，這兩步驟正是分子從激發態回歸基態的重要途徑。

過往研究雖提出多種碳氫分子受光激發後的弛豫假說，但始終缺乏實驗佐證。本次研究不僅確認了質子轉移與分子扭轉的關鍵路徑，更為研究更複雜分子的類似互動奠定基礎，將有助於深入理解汙染物的形成機制。

光與硝基芳香烴分子的互動作用，對可能導致霧霾的化學過程至關重要。然而，這些發生在埃米級尺度（小於十億分之一米）和飛秒時間單位（百萬分之一奈秒）的分子結構變化極難觀測。美國SLAC國家加速器實驗室的「直線加速器相干光源」配備相對論超快電子衍射儀，終於突破此技術瓶頸。

研究團隊特別選用鄰硝基苯酚作為觀察物件，透過遺傳結構擬合演演算法，從電子衍射資料中解析出過去無法辨識的分子形變細節。實驗明確捕捉到兩個關鍵過程：質子轉移與分子去平面化（部分結構旋轉出分子平面）。這些發現經「從頭算多重生成」模擬驗證，為質子轉移介導的弛豫機制提供新見解，也為複雜系統的相關研究開闢新途徑。

這項發表於《物理化學化學物理》期刊的研究，由跨國團隊共同完成，不僅解開空氣汙染的分子級成因，更展示尖端觀測技術如何推動環境科學發展。隨著技術進步，科學家將能更精準預測與防治大氣化學反應導致的環境問題。