双原子分子磷化氮(PN)自1987年首次在恒星形成区的巨分子云(Orion-KL和Sgr B2)中被天文谱学探测所发现以来,其化学反应和衍生的潜在星际物种备受天体化学领域的关注。随着PN在银河中心分子云、演化恒星包层、恒星形成区及低质量原恒星周围被陆续探测,其被视为星际介质中磷元素的主要载体之一。鉴于元素磷对生命起源的重要性,在星际化学领域PN也被认为是一种潜在的前生物化合物,有可能参与磷脂、RNA/DNA等生物分子的化学演化。作为PN的基本衍生物,HPNH及其异构体H2NP和H2PN也被视为潜在的星际物种参与PN的天体化学演化。早期大量的理论研究表明,HPNH分子在星际极端条件下可能经PN逐步氢化形成。然而,由于缺乏有效的合成方法使得这些含PN结构单元的新奇分子尚未被实验所证实。
近期,复旦大学化学系曾小庆教授、王丽娜副研究员团队通过自主研制的高真空闪光热解HVFP装置,以二叔丁基磷胺为前体,气相高温热解(~950 K)成功制备了HPNH。结合基质隔离红外和紫外可见吸收光谱表征、同位素标记实验和高精度理论计算,证实HPNH存在顺、反两种构象异构体,首次获得其指纹光谱数据。进一步通过选择性光激发,诱导两种构象之间的可逆转化。

进一步395 nm光激发,HPNH发生1,2-氢迁移,异构化为具有PN多重键特性的高能异构体氨基磷宾H2NP。结合红外光谱解析确认H2NP具有单重态基态特性,在实验层面解决了关于H2NP基态电子结构(H2N=P vs H2N-P)的长久争议。此外,单重态磷烯H2NP表现出较高的光反应活性,在光激发下分别与一氧化碳和氧气反应,生成H2NPCO与H2NPO₂。

该研究成功实现了长期被理论所预测的新奇分子HPNH和H2NP的制备与表征,两者具有的独特PN多重键特性丰富了主族元素化学,实验所获取的指纹光谱数据也为后续的天文谱学探测提供了重要参考,为理解PN的星际磷化学提供了新视角。这一成果近期发表在Nat. Commun.(https://doi.org/10.1038/s41467-026-68391-7)上,文章的第一作者是复旦大学化学系博士生姜俊杰,通讯作者为曾小庆教授,王丽娜副研究员。
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