科学家新发现一种产生有机分子的激光波诱导机制，或揭开碳形成之谜

2021-09-07 11:35

复杂的碳基分子在宇宙中无处不在。这些分子中有多少是逐渐形成的仍然是一个谜，特别是对于原始地球上自然形成的碳分子而言——它们在这个星球上产生了生命。

美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究人员，最近在加州斯坦福直线加速器（SLAC）设施使用激光驱动压缩技术和X射线衍射调查，发现了一种在液体苯（一种常见的碳氢化合物）中形成复杂碳薄片状固体分子的机制。这可能会解开一些碳形成之谜。

“使用X射线衍射和小角度X射线散射测量液体苯被冲击到550亿帕斯卡（大约每平方英寸800万磅）时，我们能够在纳秒的时间尺度上看到冲击驱动的反应产物的形成和晶体结构，”项目的首席研究员Dana Dattelbaum说。“在这些极端条件下，苯中的化学反应产生了一种由新型碳和碳氢同素异形体组成的复杂混合物。”

同素异形体（Allotrope）是一种元素的两种或两种以上不同的物理形式。石墨、石墨烯和金刚石都是碳的同素异形体。苯是一种由6个碳原子和6个氢原子组成的环状分子，主要用于制造其他化学物质，主要是乙苯、苯乙烯的前体，用于制造聚合物和塑料，如聚苯乙烯。

在本研究中，研究人员使用激光对苯样品进行冲击作用，并在SLAC上对直线加速器相干光源X射线自由电子激光的相干脉冲X射线探针进行定时，以获得苯在冲击载荷下转变形成的产物结构。日前发表在《自然·通讯》杂志上的这项研究，使用高亮度X射线“观察”材料内部，发现了类似于烈性炸药的扩展片状碳簇结构。

“了解化学反应性、键断裂和产物形成，与了解爆炸物如何启动和释放能量有关。这样的工作有助于该实验室更好地了解极端条件下与行星撞击、炸药爆炸和用于预测模型开发的核武器应用有关的化学反应的机制和动力学。”Dattelbaum指出。