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我校地球和空間科學(xué)學(xué)院的甄軍鋒、秦禮萍團(tuán)隊(duì)在復(fù)雜有機(jī)團(tuán)簇分子的形成和演化研究方面取得新進(jìn)展。研究結(jié)果為星際大分子自下而上的生長過程中復(fù)雜有機(jī)化合物的形成提供了一條氣相生長的路徑，并為進(jìn)一步深入了解它們在星際介質(zhì)中的化學(xué)演化行為提供了理論和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持。研究成果于7月16日在國際學(xué)術(shù)期刊天文與天體物理學(xué)報(bào)《Astronomy & Astrophysics》上發(fā)表。

星際復(fù)雜有機(jī)分子被認(rèn)為是更復(fù)雜的有機(jī)化合物的一部分，甚至是生命物質(zhì)的重要組成部分（見圖一）。有機(jī)分子已知存在于恒星形成區(qū)域和行星形成的原行星盤中。然而，氣相中的游離有機(jī)分子在紫外光照射下容易被破壞，單個紫外光子的能量就能夠解離這些分子。多環(huán)芳香烴化合物及其衍生物可能在復(fù)雜有機(jī)化合物的演化過程中發(fā)揮重要作用，大型的多環(huán)芳香烴化合物分子或團(tuán)簇以及非常小的塵埃顆?？梢杂行У谋Ｗo(hù)這些氣相有機(jī)分子，避免其被紫外光解離破壞掉。

圖一.復(fù)雜有機(jī)分子在星際空間中的演化路徑

在這項(xiàng)工作中，研究團(tuán)隊(duì)利用自主搭建的實(shí)驗(yàn)儀器平臺研究有機(jī)分子-多環(huán)芳香烴團(tuán)簇在離子-分子碰撞反應(yīng)過程中的穩(wěn)定性和堆積形成的途徑：大質(zhì)量的多環(huán)芳香烴陽離子(二暈苯C48H20+)和有機(jī)分子(焦谷氨醇, C5H9NO2)作為反應(yīng)物的形成和演化途徑（見圖二，實(shí)驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)發(fā)表在Hu et al.Astronomy & Astrophysics, 2021, 656, A80）；對多環(huán)芳香烴有機(jī)分子團(tuán)簇((C5H9NO2)1-6C48+, n=[1,6])的形成過程進(jìn)行了一系列的理論計(jì)算（見圖三）。

圖二.實(shí)驗(yàn)研究DC+與焦谷氨醇反應(yīng)所得質(zhì)譜圖

圖三. 樹狀生長圖展示了(C5H9NO2)1-6C48+團(tuán)簇分子的生長路徑

實(shí)驗(yàn)及理論研究表明，復(fù)雜的有機(jī)分子或其他相關(guān)生命前分子可以有效地吸附在星際介質(zhì)中的小塵埃顆粒上。根據(jù)實(shí)驗(yàn)及理論計(jì)算結(jié)果，在(C5H9NO2)1-6C48+, n=[0,5])和C5H9NO2 之間發(fā)生離子-分子反應(yīng)，有大量反應(yīng)途徑，會產(chǎn)生非常復(fù)雜的具有三維結(jié)構(gòu)的大質(zhì)量的分子團(tuán)簇。這些分子團(tuán)簇（石墨烯-有機(jī)分子團(tuán)簇）為星際介質(zhì)中自下而上中的大型復(fù)雜生命前分子提供了可能的形成和化學(xué)進(jìn)化途徑。離子-分子反應(yīng)合成路線對研究星際化學(xué)至關(guān)重要，并表明氣相星際物質(zhì)在自下而上的生長過程中可以直接形成大型復(fù)雜的有機(jī)衍生物。這種有趣生命前分子團(tuán)簇的產(chǎn)生為有機(jī)物分子在星際空間中的演化過程提供了更深入的理解。研究結(jié)果還表明，有機(jī)分子可以積聚在星際介質(zhì)中的小塵埃顆粒上（例如，大質(zhì)量的多環(huán)芳香烴或石墨烯），同時這一積聚過程也支持了生命前分子可以通過彗星、隕石或星際塵埃顆粒輸送到地球這一觀點(diǎn)。

該論文第一作者是中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)甄軍鋒、秦禮萍研究組博士研究生楊園園。該研究得到了中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(XDB 41000000)和國家自然科學(xué)基金 (12073027, 41625013, 21827804) 等項(xiàng)目的支持和資助。該論文的理論計(jì)算工作在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的超級計(jì)算中心完成。

論文鏈接：https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2022/07/aa43386-22/aa43386-22.html

（地球和空間科學(xué)學(xué)院）