A framework for incorporating binding energy distribution in gas-ice astrochemical models
本文扩展传统速率方程方法，提出以准稳态概率密度函数加权热解吸与跳跃速率，从而在不增加常微分方程数量的情况下将表面结合能分布纳入大型气体-冰天体化学模型。
2024-08-06 astro-ph.EP astro-ph.GA
Hybrid approach predicts a lower binding energy for benzene on water ice
本文计算了苯与质子有序结晶水冰（XIh）的高精度结合能，发现新值（4050 K）较文献常用值低近一半，导致AGB外流中气相苯消耗减少且原行星盘雪线外移，与JWST观测一致。
2024-06-27 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Dynamics of CO in Amorphous Water Ice Environments
采用非格点、动态、动力学蒙特卡罗模拟方法，研究了浓云条件下非晶水冰表面吸附一氧化碳的长时间尺度行为。结果发现，CO迁移率的强烈影响的冰基板的形态。表面上的纳米孔提供强结合位点，其可以在低覆盖度下有效地吸附被吸附物。随着覆盖度的增加，这些强结合位点逐渐被占据，留下许多具有在表面上扩散能力的吸附分子。结合能，和扩散的能量势垒提取各种覆盖。此外，从等温解吸实验确定CO的迁移率。合理的协议CO的扩散率与模拟。2152厘米$^{-1}$，极性CO带的分析支持的计算结果，在水冰中的孔提供最强的结合位点，并在低温下主导扩散。
2014-01-07 astro-ph.GA physics.chem-ph
Machine learning exploration of binding energy distributions of H2O at astrochemically relevant dust grain surfaces
Aarhus University（奥胡斯大学）
本研究利用机器学习建模，探索了尘埃颗粒表面水分子的结合能分布，揭示了不同表面性质对冰形貌和结合能的影响，为星化学模型提供了新的物理输入。
2026-02-11 astro-ph.GA physics.chem-ph
Ab initio Calculation of Binding Energies of Interstellar Sulphur-Containing Species on Crystalline Water Ice Models
星际介质（ISM）中存在不同的环境，这取决于密度、温度和化学成分。其中，分子云通常被称为恒星的摇篮，是相对于空间化学多样性和复杂性的典范环境。事实上，在那里，无线电到远红外观测揭示了气相中存在几种分子，而近红外光谱检测到存在亚微米大小的尘埃颗粒，这些尘埃颗粒被以水为主的冰盖覆盖。气相物质与水冰表面之间的相互作用通过结合能（BE）来测量，结合能是天体化学建模中的一个关键参数。在这项工作中，一组含硫物种的水冰地幔的BE已被计算采用周期性从头计算方法使用的结晶表面模型。采用密度泛函理论（DFT）的B3 LYP-D3（BJ）方法对配合物的结构和能量进行了预测。在CCSD（T）水平上采用ONIOM方法对DFT边界元进行了精化，得到了很好的相关性。我们表明，几何优化与计算成本较低的HF-3c方法，其次是单点能量计算在DFT计算的BE是一个合适的成本-有效的配方，以达到与在全DFT级计算的BE值相同质量的BE值。最后，计算数据与现有文献数据进行了比较。
2021-10-12 astro-ph.GA
CO Adsorption Sites on Interstellar Water Ices Explored with Machine Learning Potentials. Binding energy distributions and snowline
该研究利用机器学习势推导ASW表面CO结合能的稳健分布，评估其对实验室脱附实验和星际化学（尤其是原行星盘）的意义，为天体化学建模提供关键数据。
2025-08-19 astro-ph.GA
Binding Energies of Interstellar Relevant S-bearing Species on Water Ice Mantles: A Quantum Mechanical Investigation
结合能是天体化学模拟中最重要的参数之一，因为它决定了一个物种是停留在气相还是冻结在颗粒表面。目前已知，在星际介质的密度较大和温度较低的区域，硫在气相中严重贫化。有人认为，它可能被锁在谷物冰幔中。然而，哪些是主要的硫载体仍然是一个有争议的问题。这项工作的目的是建立准确的BEs的17个含硫物质的两个验证水冰结构模型，质子有序的结晶（010）表面和无定形水冰表面。我们采用基于密度泛函理论（DFT）的方法（杂化B3 LYP-D3（BJ）和杂化meta-GGA M06-2X泛函）来预测吸附复合物的结构和能量学。伦敦的色散相互作用被证明是至关重要的准确估计的BE由于存在的高极化硫元素。而在晶体模型的吸附被限制在一个非常有限的数量的结合位点与单值的BE，在非晶模型的几个吸附结构的预测，给每个物种的BE分布。除了少数情况下，实验和其他计算数据与我们计算的BE值一致。最后讨论了计算出的边界元对于原行星盘中同种雪线的有用性
2022-09-15 astro-ph.GA
Thermal Desorption Kinetics, Binding Energies, and Entrapment of Methyl Mercaptan Ices
本文研究了甲硫醇在不同冰环境中的热脱附动力学、结合能与捕获，发现其结合能相似且能被水冰完全捕获，分子尺寸对含硫有机物的吸附与保留起重要作用。
2025-04-01 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.IM
H2S ice sublimation dynamics: experimentally constrained binding energies, entrapment efficiencies, and snowlines
本研究通过TPD实验测定H2S冰的结合能（纯冰3159 K，亚单层3392 K）及在水冰中的高效捕获（75-85%），推断其雪线位于CO2雪线内侧，且混合水冰时H2S可保留至水雪线，影响其进入冰行星子及输运至类地行星。
2025-04-18 astro-ph.EP astro-ph.GA
Binding Energies and Vibrational Spectral Features of S$_n$ Species on Amorphous Water-ice Mantles: A Quantum Mechanical Study
本研究用量子力学计算无定形水冰表面 S$_n$（n=1–8）的结合能及红外、拉曼特征，发现其结合能低于以往假设、光谱位移很小且红外信号微弱。
2024-08-05 astro-ph.GA
Enhanced formation of interstellar complex organic molecules on carbon monoxide ice
本研究通过天体化学模型发现，CO冰表面覆盖率升高会增强特定含氧复杂有机分子的形成，该效应受温度和宇宙射线电离率影响，对JWST星际冰观测具有重要参考价值。
2024-05-31 astro-ph.GA
A multigrain-multilayer astrochemical model with variable desorption energy for surface species
本文提出一种多粒度多层天体化学模型，研究表面分子结合能依赖性脱附对气-粒化学的影响，发现多种脱附机制共同调节星际冰成分，解释了主要冰组分比例的普遍相似性。
2024-05-28 astro-ph.GA physics.chem-ph
Constraining Spatial Densities of Early Ice Formation in Small Dense Molecular Cores from Extinction Maps
在小而致密的分子核中追踪尘埃是研究恒星形成前阶段冰形成所需条件的有力工具。为了研究这些环境，观测到了五个分子核心：三个正在形成低质量恒星（B59、B335和L483），两个没有恒星的坍缩核心（L 63和L 694 -2）。深层图像是用英国红外望远镜（UKIRT）的WFCAM（宽视场照相机）仪器和斯皮策太空望远镜的IRAC通道1和2在红外JHK波段拍摄的。这五个光度带被用来计算沿视线对背景恒星的消光。在对数据进行平滑处理后，我们制作了高空间分辨率的消光图（$\sim$ 13-29”）。然后使用AVIATOR算法实现逆Abel变换将这些图投影到第三维中。沿着先前已经检测到冰（H $_2$ O、CO和CH $_3$ OH）的视线测量总氢的体积密度。我们发现，纯CH $_3$ OH或CH $_3$ OH与CO的混合物的视线具有大于1.0 $\times$ 10 $^5$ cm $^{-3}$的最大体积密度。这些密度仅在每个芯的一小部分（$\sim$ 0.3-2.1%）内达到。CH $_3$ OH的存在可能表明致密核内复杂有机分子形成的开始，因此我们可以限制这种开始的区域。在我们的样品中，朝向星形核的最大体积密度（$\sim$ 1.2-1.7 $\times$ 10 $^6$ cm $^{-3}$）高于朝向无星形核的最大体积密度（$\sim$ 3.5-9.5 $\times$ 10 $^5$…
2021-06-15 astro-ph.GA astro-ph.SR
How Small is Large Enough? Determining Minimal Cluster Sizes for Molecule Adsorption on Interstellar Amorphous Ice
University of Antwerp（安特卫普大学）；University of Montana（蒙大拿大学）
本研究通过DFT计算不同尺寸冰团簇上CO、CO2和NH3的吸附能，发现至少需30-40个水分子才能获得可靠结合能，且团簇尺寸与泛函选择同等重要。
2026-09-17 astro-ph.GA
Binding energy distributions of alcohols, thiols, and their precursors on interstellar water ice surfaces
针对星际水冰表面单值结合能的局限，研究通过量子化学计算获得醇、硫醇及其前体的结合能分布，并证明其能显著改进天体化学丰度预测。
2025-08-30 astro-ph.GA astro-ph.SR
Binding energies of ethanol and ethylamine on interstellar water ices: synergy between theory and experiments
本研究结合DFT计算与TPD实验，表征乙醇和乙胺在晶态、非晶态水冰上的结合能，明确二者脱附特性与内聚能差异，推断原行星盘中三类物质雪线位置不同，部分乙醇乙胺会在水雪线处冻结并入富水星子。
2024-06-20 astro-ph.GA physics.chem-ph
An Approach to Estimate the Binding energy of Interstellar Species
星际物质与尘埃粒子的结合能是精确模拟星际化学的主要障碍之一。在分子云的密集区域，非常复杂的化学是活跃的，星际尘埃主要由H2O分子覆盖，因此必须了解气相物质与水冰的相互作用，以跟踪现实的物理和化学过程。为此，我们考虑水（团）冰计算的BE的几个原子，分子和自由基的天体化学的兴趣。已经进行了系统的研究，提出了一个相对更准确的水冰天体物理相关物种的BE。我们有条不紊地增加水簇的大小以捕捉现实情况。依次一个，三个，四个，五个和六个水分子被认为是代表水冰类似物的复杂性增加的顺序。我们注意到，对于这里考虑的大多数物种，随着我们增加簇的大小，我们计算的BE值开始向实验获得的值收敛。更具体地说，我们的计算结果与水的c-五聚体（从实验的平均偏差~ 15.8%）和c-六聚体（椅子）（从实验的平均偏差~ 16.7%）的配置被发现更接近实验获得的值比其他水团簇考虑。
2018-05-18 astro-ph.GA astro-ph.SR
Influence of surface and bulk water ice on the reactivity of a water-forming reaction
在星际介质稠密区域的冰质尘埃颗粒表面，可以发生丰富的化学反应。由于温度低，通过势垒进行的反应只能通过隧道发生。反应H + H $_2$ O $_2$ $\rightarrow$ H $_2$ O + OH就是这样一种情况，其气相势垒为$\sim$ 26.5 kJ/mol。尽管如此，该反应仍被认为与星际颗粒上水的形成有关。在这里，我们调查的水冰表面和散装冰的反应速率常数的影响。速率常数计算使用瞬子理论下降到74 K。冰是考虑到通过多尺度建模，描述的反应物和直接周围的量子力学水平与密度泛函理论（DFT），而其余的冰建模的分子力学水平与力场。我们发现，H $_2$ O $_2$的结合能不能被捕获的一个单一的值，而是取决于与表面分子的氢键的数量。在高度无定形的环境中，结合位点可以阻断攻击路线并阻碍反应。此外，活化能与相同位点的结合能不相关。与Langmuir-Hinshelwood机理相关的单分子速率常数随着活化能的减小而增大。因此，我们提供了一个下限的速率常数，并认为，速率常数可以有值高达两个数量级大于此限制。
2017-08-18 astro-ph.GA physics.chem-ph
Formation of Acetaldehyde on CO-rich Ices
用密度泛函理论模拟了一氧化碳冰表面自由基HCO和CH $_3$.它们在无定形CO冰上的结合能分布较宽，HCO的平均值约为500 K，CH $_3$的平均值约为200 K。如果它们位于彼此靠近的表面上（3至4 π），基于密度泛函理论的分子动力学计算表明，它们可以在无势垒反应中形成乙醛（CH $_3$ CHO）或CH $_4$ + CO，这取决于分子相对于彼此的初始取向。在某些方向上，没有发现自发反应，产物仍然结合在表面上。足够的构型采样，包括振动零点能，和一个彻底的基准的应用电子结构的方法是很重要的预测可靠的结合能弱相互作用系统。从这些结果可以清楚地看出，复杂的有机分子，如乙醛，可以通过自由基在CO表面上的重组反应形成。
2019-04-12 astro-ph.GA physics.chem-ph
Importance of the H2 abundance in protoplanetary disk ices for the molecular layer chemical composition
原行星盘是许多化学研究（观测和理论）的目标，因为它们包含行星的建筑材料。它们在密度和温度上的大的垂直和径向梯度使它们成为化学模型的挑战对象。在这些盘的外部，大密度和低温提供了一个特殊的环境，在那里物质与尘埃颗粒的结合可以非常有效，并可以影响气相化学成分。我们试图量化到什么程度的垂直丰度分布和集成的柱密度的分子预测的详细气体颗粒代码的影响，在颗粒的表面的分子氢物理吸附的治疗。我们使用Nautilus气体颗粒代码执行了三种不同的模型。一种模型使用H2在水表面上的结合能（440 K）并产生H2的强粘附。另一个模型使用了23 K的小结合能（就好像已经有一个单层的H2），H $_2$的粘附几乎可以忽略不计。最后，剩下的模型是一个中间的解决方案，称为遭遇解吸机制。我们表明，分子氢键的效率（从而其在晶粒表面的丰度）可以有一个定量的影响，预测的柱密度在气相中的主要物种，如CO，CS，CN，和HCN。
2016-09-06 astro-ph.GA
A sensitivity analysis of interstellar ice chemistry in astrochemical models
Leiden University（莱顿大学）；Radboud University（拉德堡德大学）；University of Bonn（波恩大学）；University College London（伦敦大学学院）
本文通过敏感性分析揭示了星际冰化学中扩散能垒对冰物种丰度的关键影响，旨在提高星化学模型的准确性以更好地解释观测结果。
2025-12-09 astro-ph.GA
Computational Estimation of the Binding Energies of POx and HPOx (x=2,3) Species
在恒星和行星形成期间，气体和固体之间的分子分布决定了气体和颗粒表面化学的轨迹，以及元素向新生行星的输送。这种分布主要由不同分子与水冰表面的结合能决定。计算了10种与天体化学有关的含磷物种在水面上的结合能，并对20种已知结合能的物种进行了验证。我们使用DFT计算（M06-2X/aug-cc-pVDZ）来计算分子和水分子簇（1-3 H $_2$ O分子）的能量，并由此通过比较复合物和单独的分子和簇的能量来确定结合能。我们还探讨了这些估计是否可以通过首先使用实验测量的结合能校准我们的计算方法来改进。使用的20个参考分子，我们发现，2 H $_2$ O簇的大小产生最好的结合能估计和校准的数据的应用程序可能会改善某些类别的分子，包括更多的难熔物种的结果。基于这些计算，我们发现，小的含磷分子，如PH $_3$，PN，PO，HPO，PO $_2$和POOH是相对挥发性的，应该解吸之前或伴随着水冰，而H $_2$ PO，HPO $_2$，PO $_3$，PO $_2$ OH可以强烈地结合到任何羟基化的表面，并可能会留在星际颗粒表面后，水冰的解吸。颗粒上P载体的耗尽构成了行星和星子中磷分子包合的途径。
2022-10-17 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Theoretical determination of the binding energies of methanol and related species onto amorphous solid water ice
University of Leeds（利兹大学）；Universidad de Concepción（康塞普西翁大学）
采用色散校正密度泛函理论，通过BEEP平台计算甲醇及其光解产物在无定形固态水冰上的结合能，揭示氢键与色散作用对结合能分布的影响，并评估其对天体化学模型结果的影响。
2026-06-26 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Experimental study of the binding energy of NH3 on different types of ice and its impact on the snow line of NH3 and H2O
本研究通过超高真空共沉积实验和程序升温脱附分析，揭示了H2O通过氢键显著影响NH3在星际冰表面的结合能与脱附行为，从而解释了NH3在原行星盘和前恒星核中的冻结与保存机制。
2023-11-30 astro-ph.GA astro-ph.SR
The Composition of Interstellar Grains Toward Zeta Ophiuchi: Constraining the Elemental Budget Near the Diffuse-Dense Cloud Transition
我们研究了沿蛇夫座ζ视线方向的星际颗粒的组成，蛇夫座ζ是一个被充分研究的扩散-密集云过渡附近的环境。使用斯皮策太空望远镜和红外空间天文台的档案光谱观测进行固态吸收剂的光谱分解分析。我们发现了强有力的证据，亚微米级的无定形硅酸盐颗粒的存在，主要由橄榄石样的组合物，没有令人信服的证据H2O冰地幔。然而，厚H2O冰地幔大（2.8微米）颗粒的初步证据。固态元素镁，硅，铁，和O的丰度推断从我们的分析和标准参考丰度相比。我们发现，几乎所有的元素镁和硅沿视线是存在于无定形硅酸盐颗粒，而元素铁的相当大的一部分驻留在化合物以外的硅酸盐。此外，我们发现元素O的总丰度与所采用的参考丰度在很大程度上不一致，这表明沿视线方向丢失了多达156 ppm的星际O。在考虑到其他含O固体中O元素丰度的额外限制后，我们得出结论，任何缺失的O元素库必须位于对红外辐射几乎不透明的大颗粒上。
2015-01-12 astro-ph.GA
Effect of binding energies on the encounter desorption
星际冰成分的丰度通常是相对于水冰来表示的，因为在密度较高的区域，星际颗粒表面的很大一部分会被水冰覆盖。星际物质的结合能（BE）或吸附能调节星际颗粒地幔的化学复杂性。由于水冰的高丰度，表面物种与水的BE通常被提供并广泛用于天体化学模拟。然而，在星际介质中密度更大、温度更低的部分，氢分子会覆盖住部分颗粒地幔。即使在约10 K，也只有少数原子和具有较低吸附能的简单分子可以迁移通过表面。表面物种与H2基质的BE将与水基质的BE非常不同。然而，缺乏关于这些差异的充分信息。在这里，我们采用量子化学计算提供了95星际物种与H2衬底的BE。这些是物质到颗粒表面上的H2覆盖层的BE的代表。平均而言，我们注意到，与H2单体底物的BE几乎是10倍低于这些物种的BE较早报道的H2 O c-四聚体配置。引入了H和H2的相遇解吸（ED（H，H2）=45 K和ED（H2，H2）=23 K），以现实地估计较冷和较密区域中表面物种的丰度。量子化学计算结果表明，H_2的吸附能比H的吸附能高（ED（H，H_2）= 23 - 25 K和ED（H_2，H_2）=67 - 79 K）。我们进一步实现了一个天体化学模型来研究相遇解吸的影响与目前的现实估计。的N原子的遭遇解吸（计算产生ED（N，H2）=83 K）被引入到研究其夹杂物的差异。
2021-05-30 astro-ph.GA astro-ph.SR
A cryogenic ice setup to simulate carbon atom reactions in interstellar ices
讨论了一种用于研究分子云中星际冰固态反应路线的定制碳原子束源的设计、实现和性能。该源集成到现有的超真空装置，表面反应模拟装置（SURFRESIDE $^{2}$），扩展了这个双原子（H/D，O和N）光束线装置与第三个原子（C）光束线的一个独特的系统，是完全适合于探索复杂的有机分子固态形成的代表性星际云条件下。讨论了该系统的参数空间，其中包括碳原子撞击冰样品的通量，它们的温度，以及温度对冰反应的潜在影响。为了减少装置内部的碳污染，已经投入了大量的努力来将光束尺寸限制在样品尺寸的限制内。通过实例实验C + $^{18}$ O $_2$定量研究了C原子束的性能，并得到了计算得出的激活势垒的支持。讨论了该源通过C原子反应研究星际复杂有机分子固态形成的潜力。
2020-04-20 astro-ph.GA astro-ph.SR
Evolution of Dust and Water Ice in Cometary Comae by Radiative Torques
彗星提供了有关太阳系形成环境的物理和化学性质的独特信息。了解彗星尘埃和冰在太阳光作用下如何演化，对于约束彗星活动的原子核结构和触发机制至关重要。在本文中，我们首先研究了尘埃颗粒的旋转破裂的彗星核的放气由辐射扭矩（RAT）。我们发现，复合材料晶粒可以迅速破碎成小碎片的辐射扭矩破坏（RATD）机制。然后，我们研究了旋转解吸的冰粒的RAT，发现冰粒可以从大日心距离解吸，超出水的升华半径在$R_{\rm sub}(\H_{2}Ø)\sim 3\AU$。我们还计算了由于旋转解吸而产生的水蒸气的产生率与彗星的日心距离的关系。我们的结果可以解释尘埃性质的变化和经常观察到的彗星的小颗粒的存在。最后，我们认为，遥远的彗星的活动可能是由旋转的颗粒和水冰粒在大日心距离的解吸破坏。
2020-08-16 astro-ph.EP astro-ph.GA
Atom Tunneling in the Water Formation Reaction H$_2$ + OH $\rightarrow$ H$_2$O + H on an Ice Surface
OH自由基在星际介质的水形成化学中起着关键作用。例如，OH自由基与H $_2$分子的反应是从O、O $_2$和O $_3$开始的天体化学反应网络中的最后步骤。实验表明，即使在10 K下，这种反应也发生在冰表面上。由于反应具有很高的活化能，只有原子隧穿才能解释这样的实验结果。在这项研究中，我们计算了标题反应的反应速率常数的水冰I $_h$表面。据我们所知，在文献中没有表面上的低温速率常数。所有的表面计算都是使用QM/MM框架（BHLYP/TIP 3 P）进行的，在对不同的密度泛函和基组进行彻底的基准测试后，使用高度精确的相关方法。反应速率常数是用瞬子理论得到的，该理论考虑了原子隧穿的内在因素，Eley-Rideal机制的常数低至110 K，Langmuir-Hinshelwood机制的常数低至60 K。我们发现，在80 K以下，反应几乎与温度无关.我们给动力学同位素效应的所有可能的氘化模式的两种反应机制。对于在天体化学网络中的实现，我们也给出了一个修正的Arkyius方程的拟合参数。最后，几个不同的结合位点和结合能的OH自由基上的I $_h$表面进行了讨论和相应的速率常数相比，气相的情况下。
2017-08-18 astro-ph.GA physics.chem-ph
Interactions of adsorbed CO$_2$ on water ice at low temperatures
我们提出了一个计算研究的吸附性能的CO $_2$上的无定形和结晶水表面的天体物理相关的条件下。水和二氧化碳是星际尘埃颗粒冰幔中最主要的两种物质，深入了解它们在低温下的固相相互作用对于理解由于热分离引起的冰的结构演化至关重要。本文提出了一种新的H $_2$ O-CO $_2$相互作用势，并用于模拟CO $_2$层在水冰表面的弹道沉积，研究了低覆盖度下的单个结合位点。与最近的实验结果相反，我们没有观察到CO $_2$岛形成的任何类型的水基板。此外，密度泛函理论计算进行评估的重要性，诱导静电相互作用。
2014-06-24 astro-ph.GA physics.chem-ph
Acetaldehyde binding energies: a coupled experimental and theoretical study
乙醛是最常见和最丰富的气态星际复杂有机分子之一，发现于分子星际介质的冷区和热区。它在气相中的存在取决于化学形成和破坏途径，它的结合能（BE）决定了乙醛是否仍然冻结在星际尘埃颗粒上。在这项工作中，我们报告了乙醛BE通过实验室TPD（程序升温脱附）实验和理论量子化学计算的联合研究。已经测量和计算了纯乙醛冰和混合多晶和无定形水冰的BE。计算和实验都发现，当用$1.1\times 10^{18}s^{-1}$的指前因子解释实验时，在4000 - 6000 K范围内，无定形固体水上的BE分布。我们详细讨论了使用一对一致的BE和指数前因子值比较实验和计算时，以及当它们引入天体化学模型的重要性。基于本工作中测量和计算的乙醛BE与其他物种的比较，我们预测乙醛的挥发性比甲醛低，但比水、甲醇、乙醇和甲酰胺高得多。我们讨论了我们的研究结果的天体化学影响，以及最近的天文高空间分辨率观测显示了涉及乙醛的化学分化，这可以很容易地解释为由于所观察到的分子的不同BE。
2022-08-18 astro-ph.GA
Pathways to Interstellar Amides via Carbamoyl (NH2CO) Isomers by Radical-Neutral Reactions on Ice Grain Mantles
本研究通过计算探究星际冰粒幔层中酰胺经NH2CO异构体的自由基-中性形成路径，明确各反应能垒与产物，提出纳入相关替代路径可提升天体化学模型的酰胺丰度预测准确性。
2024-07-09 astro-ph.GA
Thermal desorption of formamide and methylamine from graphite and amorphous water ice surfaces
甲酰胺（NH 2CHO）和甲胺（CH 3 NH 2）是许多天体物理环境中最丰富的含胺分子。这些分子在气相中的存在可能是由于星际冰的热解吸作用。这项工作的目的是确定甲酰胺和甲胺从类似物的星际尘埃颗粒表面的解吸能的值，并了解它们与水冰的相互作用。在40-240 K温度范围内，对甲酰胺和甲胺冰在石墨（HOPG）和无孔非晶态固体水冰表面进行了亚单层和单层TPD实验。用一组独立的Polanyi-Wigner方程计算了这两种分子的脱附能分布。甲酰胺从石墨和ASW冰表面的解吸的最大值发生在176 K后的H2O分子的解吸，而甲胺的解吸曲线强烈依赖于基板。低于100 K时，固态甲胺开始从石墨表面脱附。在120 K后，其从水冰表面的脱附开始，在150 K左右的水冰升华过程中，其脱附停止。在高于160 K的温度下，它继续从石墨表面脱附。超过95%的NH 2CHO通过水冰表面向石墨基底扩散，并释放到气相中，其解吸能量分布（7460-9380 K），用最佳拟合指前因子A=10^18 s-1测量。然而，甲胺从np-ASW冰面（3850-8420 K）上的解吸能分布的最佳拟合指前因子A=10^12 s-1。大约0.15的固体甲胺单层的一部分扩散通过水冰表面朝向HOPG基板。这少量的解吸后具有较高的结合能（5050-8420 K）。
2018-01-26 astro-ph.GA astro-ph.IM astro-ph.SR
Binding energies: new values and impact on the efficiency of chemical desorption
最近的实验室测量已经证实，化学解吸（由于放热表面反应而解吸产物）可以是一种有效的过程。将此过程纳入气体-颗粒化学模型的影响完全取决于所使用的形式和相关参数。在这些参数中，结合能可能是目前最不确定的参数。提出了一个计算物种与水冰表面结合能的新模型。我们还使用Minissale等人提出的新化学解吸模型（2016）或Garrod等人提出的模型（2007）比较了模型结果。新的结合能对复杂有机分子的形成有很大的影响。此外，来自Minissale的新的化学解吸模型产生这些物质以及甲醇的小得多的解吸。结合这两种效应，在冷核中观察到的CH 3OH和COMs的丰度不能再由天体化学模型再现。
2017-01-23 astro-ph.GA
CO diffusion and desorption kinetics in CO$_2$ ices
物质在冰质尘埃颗粒地幔中的扩散是形成星际区域化学的基本过程，但对星际冰类似物中扩散的测量却很少。本文利用CO $_2$纵光学（LO）声子模测量了低温（T=11- 23 K）下CO扩散到CO $_2$冰中的过程，以监测初始层状冰的混合程度。我们用Fick第二定律模拟了扩散动力学，发现温度依赖的扩散系数很好地拟合了Arkenius方程，给出了300 $\pm$ 40 K的扩散势垒。低势垒以及通过同位素标记层的扩散动力学表明CO沿着孔表面扩散通过CO $_2$，而不是通过本体扩散。在补充实验中，我们测量的解吸能CO从CO $_2$冰沉积在11-50 K的程序升温脱附（TPD），发现脱附势垒范围从1240 $\pm$ 90 K到1410 $\pm$ 70 K取决于CO $_2$沉积温度和所得的冰孔隙度。测量的CO-CO $_2$解吸势垒表明，当两者都是紧密的时，CO与CO $_2$和H $_2$ O的结合同样好。CO-CO $_2$扩散-解吸势垒比的范围为0.21-0.24，取决于扩散过程中的结合环境。扩散-解吸比与上述假设一致，即观察到的扩散是一个表面过程，并增加了以前的实验证据，表明表面扩散是重要的星际冰内的分子的流动性在水冰中的扩散。
2017-12-18 astro-ph.GA
Sticking of molecules on non-porous amorphous water ice
要精确模拟星际介质的物理和化学过程，就需要详细了解原子和分子如何吸附在尘埃颗粒上。然而，粘附系数是一个介于0和1之间的数字，它测量粒子与表面相互作用的第一步，通常在ISM环境的模拟中假设为0.5或1。本文报道了H $_2$、D $_2$、N $_2$、O $_2$、CO、CH $_4$和CO $_2$在无孔非晶态固体水（np-ASW）上的粘附系数的测定。粘附系数的测量在很宽的表面温度范围内使用高度准直的分子束。我们发现，标准的方法测量的粘附系数-国王-威尔斯方法-导致低估的捕获事件，其中有不完全的能量调节的分子在表面上。使用脉冲分子束的表面散射实验，而不是用来测量粘附系数。基于实测的粘附系数值，我们提出了一个有用的粘附系数作为晶粒温度和分子表面结合能的函数的一般公式。我们使用这个公式在ISM气体-颗粒化学的模拟中找到粘附对颗粒和气相中关键分子丰度的影响。
2016-05-03 astro-ph.GA astro-ph.IM
Interstellar Formation of Thioethanal (CH$_{3}$CHS). Gas-Phase and Ice-Surface Mechanisms involving Secondary Sulfur Products
Universidad de Concepción（康塞普西翁大学）；University of Rome Sapienza（罗马第一大学）；INAF, Osservatorio Astrofisico di Arcetri（意大利国家天体物理研究所阿切特里天文台）
研究揭示了星际介质中硫代乙醛的形成机制，指出硫化学在低温度下通过气相和冰面路径生成，同时探讨了次级硫产物对产物产量的影响。
2026-02-19 astro-ph.GA astro-ph.SR
Theoretical distribution of the ammonia binding energy at interstellar icy grains: a new computational framework
星际颗粒上分子的结合能对星际介质的化学演化起着至关重要的作用。程序升温脱附（TPD）实验室实验和量子化学计算往往提供，到目前为止，只有单一的值的BE为每个分子。这是一个严重的限制，因为包裹着颗粒地幔的冰在结构上是无定形的，产生了多种可能的吸附位点，每个位点都有不同的BE。然而，冰的无定形性质阻止了结构细节的知识，阻碍了一个共同接受的原子冰模型的发展。在这项工作中，我们提出了一个计算框架，密切模仿通过水的水吸积形成的星际颗粒地幔。在该颗粒上，然后进行所研究分子的无偏随机（但可良好再现）定位。在这里，我们提出了NH $_3$，在分子ISM中普遍存在的物种的测试情况。我们提供的BE分布计算的层次方法，使用半经验的xTB-GFN2作为低层次的方法来描述整个冰团簇结合B97 D3 DFT功能作为高层次的方法上的NH $_3$相互作用的局部区域。最终的ZPE校正BE在ONIOM（DLPNO-CCSD（T）//B97D3：xTB-GFN2）级别计算，确保最佳的成本/准确率。计算的NH $_3$ BE分布的主峰与实验TPD和文献计算值相一致。在非常低的BE值下也存在第二个宽峰，以前从未检测到。它可能提供了一个长期存在的难题的解决方案，即在冷ISM物体中也观察到气态NH $_3$的存在。
2022-05-24 astro-ph.GA
ALMA chemical survey of disk-outflow sources in Taurus (ALMA-DOT). IV. Thioformaldehyde (H$_2$CS) in protoplanetary disks: spatial distributions and binding energies
目的：追踪原行星盘中含硫化学关键组分H2 CS的径向和垂直空间分布。根据H_2CS结合能分析所观察到的分布，以讨论热脱附在富集气盘组分中的作用。研究方法：在ALMA对金牛座恒星形成区（ALMA-DOT）中的O-H2 CS（7_1，6 - 6_1，5）源进行化学调查的背景下，我们观察到了5个I类或早期II类源，具有40 au尺度的o-H2 CS（7_1，6 - 6_1，5）线。我们估计的结合能（BE）的H2 CS使用量子力学计算，第一次，为一个扩展的，周期性的，结晶冰。结果：我们在HL Tau和IRAS 04302 +2247盘中的两个旋转分子环中成像了H2 CS。外半径约为140 au（HL Tau）和115 au（IRAS 04302+2247）。IRAS 04302+2247的边缘几何结构显示，H2 CS发射峰位于60-115 au的半径处，距离赤道面z = +- 50 au。柱密度约为10^14 cm^-2。对于HL Tau，我们首次导出了原行星盘中的[H2 CS]/[H]丰度（约为10^-14）。扩展结晶冰和无定形冰的H2 CS的BE值分别为4258 K和3000-4600 K，表明尘埃温度大于50-80 K时存在热蒸发。结论：H2 CS跟踪所谓的温暖分子层，以前使用CS和H2 CO采样的区域。硫代甲醛峰比H2 CO和CS更接近原恒星，这可能是由于观察到的7_1，6 - 6…
2020-11-04 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Probing the CO and methanol snow lines in young protostars. Results from the CALYPSO IRAM-PdBI survey
上下文“雪线”，标志着大量挥发物冻结在尘埃颗粒表面的区域，对行星的生长和原行星盘的整体组成起着重要作用。它们已经可以在年轻得多的低质量0级原恒星的包络中观察到，这些原恒星仍处于早期的重吸积阶段。目的。我们的目标是利用不同种类的冰的升华区域的信息来了解信封的化学，它的温度和密度结构，以及吸积过程的历史。方法.作为CALYPSO IRAM大型计划的一部分，我们利用IRAM Plateau de Bure干涉仪在亚弧秒分辨率下对邻近的0类原恒星进行了C $^{18}$ O，N $_2$ H $^+$和CH $_3$ OH的观测。对于其中的四个源，我们使用化学代码和辐射转移模块模拟了发射。结果我们在NGC 1333-IRAS 4 A、NGC 1333-IRAS 4 B、L1157和L1448 C中观察到C $^{18}$ O和N $_2$ H $^+$的反相关性，其中由于N $_2$ H $^+$被CO化学破坏，N $_2$ H $^+$在中心峰C $^{18}$ O发射周围形成环。模型和观测的发射区域匹配1200的CO结合能K，其高于纯CO冰的结合能（$\sim$ 855 K）。此外，我们发现非常低的CO丰度内的雪线在我们的来源，大约一个数量级低于总CO丰度观察到的气体在大规模的分子云耗尽之前设置。结论.高CO结合能可能暗示CO在极性冰环境中被冻结，如无定形水冰或在非极性CO $_2$丰…
2016-04-18 astro-ph.GA astro-ph.SR
Chemical Kinetics Simulations of Ice Chemistry on Porous Versus Non-Porous Dust Grains
星际尘埃颗粒物质的孔隙度很难定义，尽管最近的研究表明这些颗粒可能是高度多孔的。除了影响尘埃的光学性质外，孔隙度还可能影响尘埃颗粒表面的化学反应，通过增加表面积，增强局部结合能，以及在颗粒上形成冰帽时将分子捕获在孔隙内的可能性。通过计算动力学模拟，我们研究星际颗粒表面化学和冰的成分是如何受到底层尘埃颗粒材料的孔隙度的影响。使用一个简单的程序，理想化的三维尘埃颗粒的构造，原子由原子，不同程度的孔隙度。扩散化学，然后在这些表面上模拟使用非晶格微观蒙特卡罗化学动力学模型，MIMICK，假设物理条件适合暗星际云。在多孔的颗粒表面上，主要由水组成的冰帽的积聚导致孔隙被覆盖，留下空的口袋。一旦孔隙被完全覆盖，化学和结构行为与相同尺寸的无孔颗粒相似。颗粒孔隙存在的最突出的化学效应是捕获在颗粒表面上形成的分子氢，在颗粒孔隙内的冰和空隙内。以这种方式捕获H2可能表明，当冰开始形成时，其他挥发性物质，如不包括在这些模型中的惰性气体，可能被捕获在尘埃颗粒多孔结构中。
2021-04-27 astro-ph.GA
Statistical study of uncertainties in the diffusion rate of species on interstellar ice and its impact on chemical model predictions
背景：尘埃表面物质的扩散是确定星际冰化学成分的关键过程。在尘埃表面，吸附的物种从一个势阱扩散到另一个势阱，并与其他吸附的反应物反应，形成简单和复杂的分子。目的：通过考虑吸附态扩散能的不确定性，我们研究了化学程序对模拟物种丰度的影响。我们的目标是通过识别表面物种，因为它们的扩散能的不确定性，导致一个更大的误差，以限制化学代码计算的丰度的不确定性。方法：我们运行各种情况下，在每种情况下，2000至10000模拟和不同的扩散能量的一些或所有表面物种随机。我们计算了皮尔逊相关系数之间的丰度和吸附物种的结合能的扩散比。我们确定了在冰和气相丰度中引入最大不确定性的物种。对于这些物种，我们运行了三组，每组2000次模拟，以量化它们引入的不确定性。结果如下：我们目前的各种分子在气相中的丰度，也在模拟过程中的不同时间间隔的灰尘表面。我们表明，哪些物种产生了很大的不确定性的丰度。我们根据物种在化学网络中传播不确定性的重要性将其分为不同的组。结论：我们发现，CO，H $_2$，O，N和CH $_3$是关键物种的丰度的不确定性，而CH $_2$，HCO，S和O $_2$来其次，其次是NO，HS和CH。我们还表明，通过限制这些物种的结合能的扩散比的不确定性，我们可以消除几乎所有的物种的气相丰度的不确定性。
2018-11-08 astro-ph.EP astro-ph.GA
Temperature-programmed desorption of SO2 from water ice surfaces: Adsorption energy distributions
Sorbonne Université（索邦大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Université de Toulouse（图卢兹大学）
通过程序升温脱附实验和Polanyi-Wigner模型，提取了SO2在水冰基质上的吸附能分布，发现双峰结构，平均结合能为439±41 meV。
2026-06-02 astro-ph.GA
Fine-tuning the complex organic molecule formation: sulfur and CO ice as regulators of surface chemistry
本研究通过结合气相观测与化学建模，发现硫和CO冰通过竞争氢原子调控表面化学，影响复杂有机分子的形成，为恒星形成早期阶段提供关键见解。
2025-07-23 astro-ph.GA
Adsorption energies of carbon, nitrogen, and oxygen atoms on the low-temperature amorphous water ice: A systematic estimation from quantum chemistry calculations
本文提出了一个新的计算模型来估算低温无定形水冰的原子和分子吸附能，并基于量子化学计算给出了碳（3 P）、氮（4S）和氧（3 P）原子的吸附能。碳、氮、氧的吸附能分别为14100 ± 420 K、400 ± 30 K和1440 ± 160 K。氧的吸附能与实验报道值吻合较好。我们发现氮原子的结合是纯粹的物理吸附，而碳原子的结合是化学吸附，其中与水分子的O原子形成化学键。氧原子的吸附具有物理吸附和化学吸附的双重性质。碳原子的化学吸附也意味着进一步的化学反应产生带有C-O键的分子的可能性，而它可能会通过碳原子的连续氢化阻碍甲烷在水冰上的形成。这将对星际环境中碳物种的化学演化产生重大影响。我们还研究了新计算的吸附能对冷致密分子云的化学成分的影响与援助的气体-冰天体化学模拟。我们发现，主要含氮分子，如N2和NH3的丰度，显着改变通过应用计算的吸附能，因为氮原子可以热扩散的表面上，即使在10 K。
2018-01-26 astro-ph.GA
Expanding the Ice Inventory of NGC 1333 IRAS 2A with INDRA using JWST Observations: Tracing Organic Refractories and Beyond
提出基于Python的INDRA工具，利用JWST观测数据对NGC 1333 IRAS 2A进行全局冰光谱拟合，识别出CO2、NH4+等新冰组分并首次提出有机难熔物质的存在，显著提升了冰组成约束的准确性。
2025-09-16 astro-ph.GA
Perturbation of the Surface of Amorphous Solid Water by the Adsorption of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons
通过理论和实验研究，证实了多环芳烃（PAHs）在无定形冰表面的吸附引起冰表面“悬挂”OH（dOH）光谱特征的展宽和红移，红移随PAH尺寸增加而增加，最大可达$\sim$ 85 cm $^{-1}$。它还表明，在某些相互作用的配置，吸附诱导大量重组的氢键网络在冰表面。与实验的比较验证了新的理论方法依赖于密度泛函的紧密结合的方法，它提供了一个折衷的系统尺寸和精度之间，使广泛的表面结构的采样。应用于天体物理学背景下，这项研究表明，通过吸附芳香分子扩大dOH特征可以解释迄今为止在观测冰光谱中的缺失，这为未来具有更高灵敏度的任务提供了希望，将验证其在密集区域的存在或不存在。
2020-03-02 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.chem-ph
Astrochemical model to study the abundances of branched carbon-chain molecules in a hot molecular core with realistic binding energies
最近在大质量恒星形成区域（Sgr B2（N）和猎户座）中发现了直链（正丙基氰，n-C3 H7 CN）和支链（异丙基氰，i-C3 H7 CN）烷基氰化物。这些支链分子表明，关键氨基酸（侧链结构）也可能存在于类似的区域。这种分支可以向更高阶（丁基氰，C4 H9 CN）传播的过程是一个活跃的研究领域。由于颗粒催化过程可能形成了这些物种的主要部分，考虑一组现实的结合能确实是必不可少的。我们采用量子化学计算来估计这些物质的结合能，考虑水作为底物，因为水是这个星际冰的主要成分。我们发现这些物种的结合能值比以前使用的显着降低。值得注意的是，使用现实的结合能值可以显着改变这些物种的丰度。支化更有利于具有新结合能的高级烷基氰化物。随着我们新的结合能值和一个必要的破坏反应（i-C3 H7 CN + H -> CH 3C（CH 3）CN + H2，具有947 K的活化势垒）的加入，t-C4 H9 CN的丰度显著增加。
2022-08-06 astro-ph.GA astro-ph.SR
Quantifying the chemical desorption of H$_2$S and PH$_3$ from amorphous water ice surfaces
从冰冷的颗粒表面的分子的非热解吸是必要的，以解释在恒星形成区域的冷气体中的分子线观测。化学解吸是一种非热解吸过程，由化学反应释放的能量驱动。在放热表面反应之后，多余的能量在垂直于表面的方向上转移为产物的平移能，导致解吸。产品物种的解吸概率，特别是产品物种从水冰表面的解吸概率，还没有得到很好的理解。这种不确定性限制了我们对气相和冰表面化学之间相互作用的理解。在目前的工作中，我们约束的解吸概率H $_2$ S和PH $_3$每个反应事件多孔非晶态固体水（ASW）通过数值模拟以前的实验室实验。采用微观动力学Monte Carlo方法，我们发现在每次氢加成过程中，H $_2$ S和PH $_3$从多孔ASW上的脱附概率分别为$3 \pm 1.5$ %和$4 \pm 2$ %.如果反应释放的能量的$\sim$ 7%转移到产物的平移激发，则这些概率与文献中提出的化学解吸的理论模型一致。作为副产品，我们发现多孔ASW上约70%（40%）的原子H吸附位点的结合能应低于$\sim$ 300 K（$\sim$ 200 K）。我们的研究结果的天体化学意义进行了简要讨论。
2021-12-08 astro-ph.GA
Broadband infrared spectroscopy of methanol isotopologues in pure, H2O-rich, and CO-rich ice analogues
Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik（马克斯·普朗克地外物理学研究所）；University of Kent（肯特大学）；HUN-REN Institute for Nuclear Research (Atomki)（匈牙利研究与教育网络核物理研究所）；INAF - Osservatorio Astrofisico di Catania（意大利国家天体物理研究所卡塔尼亚天文台）
研究通过实验室红外光谱和非谐振动计算，分析了甲醇及其氘化同位素在类天体冰中的光谱特征，揭示了氘化甲醇的可靠标识符，为恒星和行星形成前的星化学模型提供约束。
2026-02-06 astro-ph.GA astro-ph.SR
Constraining the Dust Opacity Law in Three Small and Isolated Molecular Clouds
来自热尘埃连续排放的孤立核的密度分布依赖于尘埃特性的模型，如质量不透明度，这是约束不足。通过近红外消光图的补充措施，我们可以评估常用尘埃模型的可靠性。在这项工作中，我们比较赫歇尔导出的地图的光学深度与等效地图来自CFHT WIRCAM近红外观测三个孤立的核心：CB68，L429，和L1552。我们评估了四种模型提供的尘埃不透明度：OH1a，OH5a，Orm1和Orm4。虽然三个来源之间模型的一致性不同，但结果表明，核心封套中灰尘的光学性质最好由硅酸盐和裸露的石墨颗粒（例如，Orm1）或具有一些凝结物和薄或没有冰幔的碳质颗粒（例如，OH 5a）。然而，没有一个模型单独为每个源产生最一致的光学深度图。结果表明，无论是在核心的灰尘是没有很好地描述任何一个灰尘属性模型，灰尘模型的应用程序不能扩展到核心的中心以外，或更复杂的SED拟合功能是必要的。
2017-09-28 astro-ph.GA astro-ph.SR
A New Determination of the Binding Energy of Atomic Oxygen on Dust Grain Surfaces: Experimental Results and Simulations
从星际尘埃颗粒表面解吸原子氧的能量，$E_{\rm des}$，是气体颗粒模型中一个重要的控制参数;它的值影响尘埃颗粒上氧的温度范围。然而，没有预先测量解吸能量。我们报道了首次直接测量尘埃颗粒类似物中原子氧的$E_{\rm des}$。$E_{\rm des}$的值是$1660\pm 60$ ~K和$1850\pm 90$ ~K的多孔无定形水冰和裸露的无定形硅酸盐薄膜，分别，或约两倍的数值，以前采用的模拟的化学演变的云。我们使用新的值来研究氧化学作为分子云深度的函数。对于$n=10^4$ cm $^{-3}$和$G_0$ =10 $^2$（$G_0$ =1是平均局部星际辐射场），采用较高氧结合能的主要结果是H $_2$ O可以在较低视消光度的颗粒上形成$A_{\rm V}$，更接近云表面。较高的结合能的O的结果在更多的形成OH和H $_2$ O上的晶粒，其随后通过FUV辐射解吸，与气相化学的后果。对于较高的$n$和$G_0$值，较高的结合能可导致H $_2$ O柱的大幅增加，但O $_2$柱的减少。
2015-01-30 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.IM
Chemistry on rotating grain surfaces: ro-thermal hopping and segregation of molecules in ice mantles
颗粒表面在空间中分子的形成和解吸中起着核心作用。为了在颗粒表面上形成分子，捕获在结合位点中的吸附物质必须是可移动的并且迁移到相邻位点。热跳跃是一种流行的机制，吸附物种的迁移时，粮食表面被恒星辐射升温。然而，以往的研究忽略了一个事实，即粮食可以自旋到超高温旋转的辐射扭矩（RAT）在粮食加热过程中。为了获得一个精确的表面天体化学模型，本文研究了由RATs引起的晶粒超热旋转对冰粒地幔上吸附物种热跳跃的影响。我们发现，由于颗粒超热旋转的离心力可以增加自由基的流动性上/在冰地幔相比，预测热跳跃，我们把这种机制ro-thermal跳跃。光热跳跃的速率既取决于局部辐射能量密度（即，晶粒温度）和气体密度，而热跳跃仅取决于晶粒温度。我们计算的晶粒温度的减少所需的光热跳跃产生相同的跳跃率热跳跃，并发现它增加的扩散能量和降低气体密度。最后，我们研究了晶粒超热旋转对冰混合物分离的影响，发现CO $_2$从H $_2$ O-CO $_2$冰中的热分离可以在比实验报道的热分离低得多的温度下发生。我们的研究结果表明，晶粒超热旋转可以提高流动性，形成，解吸和分离的分子在冰粒地幔。
2019-10-27 astro-ph.EP astro-ph.GA physics.chem-ph
Ice as a Photochemical Shield: Adsorption Energetics and Spectroscopic Modulation of Interstellar Thiocyanates HCSCN and HCSCCH in TMC-1
Department of Chemistry, Indian Institute of Space Science and Technology（印度空间科学与技术学院化学系）；Department of Physics and Astrophysics, University of Delhi（德里大学物理与天体物理学系）
研究通过计算分析HCSCN和HCSCCH在固态水上的吸附能学，揭示其在星际硫库存中的行为，发现其在冰中存在复杂的吸附环境及光谱调制效应。
2026-04-25 astro-ph.GA physics.chem-ph physics.comp-ph
