离子与分子碰撞引发的电荷转移，以及伴随的转动传能过程，广泛存在于星际介质、行星大气、等离子体等复杂的气相环境中。从分子层面对电荷转移和转动传能的动力学机理进行研究，对理解上述气相环境的物理化学性质及其演化规律具有重要凯发k8意义。

凯发k8化学研究所自主研制并搭建了一套量子态选择的离子—分子交叉束装置，可对离子—分子反应开展“态—态”分辨的动力学研究。

此前，研究团队揭示了自旋—轨道态选择的电荷转移反应Ar⁺(²P_3/2)+N₂→Ar+N₂⁺(v′,N′)在前向散射区域的反应机理，首次发现硬碰撞辉散射机理在该电荷转移反应中的作用。近日，团队通过改进实验装置、优化离子源产生方式，降低离子束源的动能展宽，获得了目前为止分辨率最高的产物散射图像，并首次在产物的后向散射区域观察到明显的双环结构。这表明，产物在后向的转动激发呈现双峰分布，即双转动虹现象。传统理论认为，双转动虹只出现于异核双原子分子的碰撞传能过程，这一现象拓展了传统转动传能理论的预测。

全维度轨线面跳跃计算结果与实验观测定性一致，证明该体系的双转动虹现象是由立体动力学效应控制的，而非绝热电荷转移过程产生。由于电荷转移过程的各向异性，垂直碰撞（γ=90°）和共线碰撞（γ=0°或180°）使体系在近距离时分别处于Ar⁺+N₂和Ar+N₂⁺两个不同的电荷转移态，二者具有截然不同的短程各向异性相互作用势，这使它们经历完全不同的转动传能过程，并最终导致产物离子在后向散射区域呈现双转动虹现象。

该研究揭示了立体动力学调控的非绝热效应在离子—分子电荷转移和转动传能过程中的重要作用。

相关研究成果发表在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上。研究工作得到国家自然凯发k8基金委员会、凯发k8等的支持。

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电荷转移反应Ar⁺(²P_3/2) + N₂ → Ar + N₂⁺(v′, N′)中的双转动虹现象