超快X射线研究表明溶剂化抑制吡嗪中的电子重排

来自瑞士、丹麦、德国、克罗地亚、挪威、西班牙和日本的一个国际研究小组在理解超快电子动力学方面取得了重大突破，揭示了水溶剂化对吡嗪电子重排过程的深远影响

利用先进的X射线光谱学，研究小组观察到，通过锥形交叉点的电子弛豫是激发态分子动力学中的一条基本途径，在水溶液中完全被抑制，在不到40飞秒（fs）的惊人短时间内失相，一fs是十亿分之一秒的百万分之一

他们的发现细节发表在《自然物理学》上

“通过利用氮K边瞬态吸收光谱，我们能够直接捕获气相吡嗪中的振荡电子布居流，解决了该领域长期存在的争议，”东北大学副教授、该研究的共同第一作者和通讯作者钟寅说

“我们的研究结果表明，虽然气相吡嗪表现出循环电子重排，但这一过程在水中迅速失相，表明溶剂化在飞秒时间尺度的电子运动中起着至关重要的作用。”

研究人员利用碳和氮K边的时间分辨X射线吸收光谱（TR-XAS）以元素特定的分辨率跟踪激发态动力学。该研究将气相吡嗪与5M水溶液进行了比较，揭示了它们超快行为的鲜明对比：

在气相中，研究小组在氮K边缘观察到明显的循环电子布居转移，其中瞬态带在前150fs内的光谱强度振荡，周期约为80fs

“不仅令人兴奋的是，我们能够在气相中的氮K边缘观察到丰富的动力学，而且我们的理论合作者能够在激发态布居动力学和锥形交叉点周围电子结构的圆形重排之间建立联系，”该研究的博士生和共同第一作者Yi Ping Chang说。

在水相中，这种相干电子运动被完全抑制。在氮K边缘的关键光谱区域没有观察到量子拍，这突显了水中电子相干性的迅速丧失

这项研究证实了锥形交点会产生可观察到的电子动力学，但也强调了水溶剂化如何迅速破坏这些过程

这些结果对阿秒光谱学、量子生物学和阿化学具有广泛的意义，在阿秒光谱学中，在模拟激发态行为时必须考虑溶剂相互作用

Yin补充道：“我们的研究为理解电子动力学如何在现实环境中进化，如生物系统和溶液相化学，迈出了关键的一步。”

“抑制水中的循环电子重排挑战了传统模型，并为进一步研究溶剂诱导的电子退相干铺平了道路。”