袁开军团队利用大连光源揭示二氧化硫光解是地球早期大气产氧的重要途径

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近日，我所化学动力学研究室分子光化学动力学研究组袁开军研究员、杨学明院士团队和反应动力学理论与计算研究组傅碧娜研究员、张东辉院士团队合作，发现二氧化硫分子极紫外光解离产生硫原子和氧气，为地球早期大气中氧气的来源提供了新途径。
　　地球大气中氧气的来源关系着生命的起源和进化。地质学研究表明，早期地球是缺氧环境，大气中氧气含量很低。在大约24亿年前，大气中氧气含量急剧增加，促进了生物的繁衍，称为“大氧化事件”。大氧化事件的形成原因存在广泛的争议，主流的观点认为地球早期生物产氧和氧气的消耗处于平衡状态，导致氧气含量长期处于很低的水平。随着时间的推移，氧气的产生逐渐超过了消耗，导致氧气的积累，并最终诱导了大氧化事件的发生。然而，目前氧气积累的机制还缺乏明确的认知。

　　利用大连光源，袁开军团队研究了二氧化硫分子光化学过程。团队将解离波长推进至120至160nm区域，发现二氧化硫分子新的解离通道S(1D)+O2, 该产物通道在121.6nm光照产率约30%。傅碧娜团队通过构建高精度激发态势能面阐明了该通道的产生机制。二氧化硫是火山喷发的主要气体，在地球太古期（27至25亿年前），板块运动导致地表火山喷发频繁，大量二氧化硫气体进入大气层，随后在光照下产生氧气。该过程是继二氧化碳和水分子光化学产氧之后新发现的非生物产氧途径。根据这一研究工作的实验结果所做的估算，在太古期火山活跃的2亿年时段累积的产氧量有可能达到现代大气中氧气含量的4.3%，这说明新的极紫外光解产氧途径可能是地球大氧化事件发生的一个重要诱导机制。
　　此前，袁开军团队利用大连光源还发现了水分子三体解离产氧机制，阐明了水分子光解是宇宙星云、彗星大气、地球原始大气层氧气的重要来源（Nat. Comm.，2021）。
　　相关研究成果以“Vacuum ultraviolet photodissociation of sulfur dioxide and its implications for oxygen production in the early Earth’s atmosphere”为题，发表在《化学科学》（Chemical Science）上，并被选为热点文章（Hot Article）。英国皇家化学会化学世界网站（Chemistry World）以“Volcanic sulfur dioxide linked to oxygen level rise in Earth’s early atmosphere”为题，对该工作进行了亮点报道。该工作的第一作者是我所1117组博士后常尧和1113组博士后付艳林。该工作得到国家自然科学基金委“动态化学前沿研究”基础科学中心项目、中国科学院关键技术研发团队等项目的资助。（文/图 袁开军、傅碧娜）
　　文章链接：https://doi.org/10.1039/D3SC03328G
       文章来源：大连化物所
       袁开军，1981年生，博士，中国科学院大连化学物理研究所研究员。2003年于中国科技大学化学物理系获得学士学位，2009年于中科院大连化学物理研究所获得博士学位。2009年加入中科院大连化学物理研究所1102组工作，2010年到美国莱斯大学化学系访问学者研究一年，2011年被聘为副研究员，2017年被聘为研究员。现为大连化物所1116组研究员。研究方向为气相小分子光解动力学研究和凝聚相飞秒二维红外光谱研究。在高分辨的气相水分子光化学研究中取得系列研究成果。目前的研究集中在利用二维红外光谱研究超高压凝聚相动力学和化学反应的飞秒红外瞬态谱测量。另外负责化物所极紫外自由电子激光的分子光化学实验线站。