近日，我所分子反应动力学国家重点实验室团簇光谱与动力学研究组（2506组）江凌研究员和李刚副研究员团队采用自主研制的红外—极紫外（IR-VUV）双共振红外光谱实验方法，利用中性钒金属双聚体，实现了水的高效分解。
水分解是一种制造可再生和环保能源的富有前景的方法。由于分散在载体上的金属原子/团簇可提高许多反应的催化性能，研究金属原子/团簇与水分子之间的反应机理，有助于在分子水平上阐明水分解的微观机制。中性团簇由于缺乏电荷，难于探测和质量选择，实验研究非常困难。因此，实现中性金属团簇与水的反应机理研究是科学家们长期以来的梦想。
针对上述挑战，江凌和李刚团队发展了高通量的激光溅射团簇源，利用红外—极紫外（IR-VUV）双共振红外光谱实验方法（The Journal of Physical Chemistry Letters，2020），研究了中性钒金属双聚体与水的反应过程。本工作中，团队采用激光溅射和超声分子束冷却技术，制备了中性V2O3H4和V2O4H6产物；将红外激光振动激发与准分子激光器产生的193nm极紫外激光电离相结合，测定了它们的红外光谱。此外，团队还采用高精度的量子化学理论方法，计算了这些产物的各种稳定结构和红外光谱，理论和实验结果高度吻合。研究表明，这些产物具有V2(μ2-OH)(μ2-H)(η1-OH)2和V2(μ2-OH)2(η1-H)2(η1-OH)2的新奇结构，显示了水分解的特征。理论计算表明，基于V2的水分解在气相条件下是热力学放热、动力学可行。该工作发现了中性金属单团簇基的水分解，为系统研究金属团簇对能源分子的催化作用机制提供了新策略。
相关研究成果以“Size-Specific Infrared Spectroscopic Study of the Reactions between Water Molecules and Neutral Vanadium Dimer: Evidence for Water Splitting”为题，于近日发表在《物理化学快报》（The Journal of Physical Chemistry Letters）上。该工作的第一作者是我所2506组博士研究生郑会俊。该工作得到科技部科技创新2030重大项目、国家自然科学基金委“动态化学前沿研究”科学中心项目、我所大连相干光源专项基金等项目的资助。（文/图 郑会俊）
