利用高速电子衍射结合共振增强多光子电离首次监测了气相分子离子的形成和结构动力学。这种新方法克服了与探索这些化学物质有关的一些困难，为离子化学带来了令人兴奋的机会。
“这一了不起的成就开辟了成像的新领域，为我们理解控制化学的基本机制做出了重大贡献，”德国汉堡和汉诺威莱布尼茨大学(Leibniz University Hannover)的安德里亚·特拉巴托尼(Andrea Trabattoni)说，他没有参与这项研究。他称这种方法具有开创性，并表示它有望扩展到其他系统。
气相的分子离子在许多反应中起着重要作用，尤其是在大气和星际化学中，但研究这些物种并观察它们如何实时形成和变化一直很棘手。“离子在自然状态下具有很强的反应性，通过与其他物种的相互作用来寻求稳定。来自大田基础科学研究所(IBS)和韩国科学技术院(KAIST)的Jun Heo解释说:“这种固有特性使得观察它们具有挑战性。”“我们的方法可以让我们用视频格式捕捉到离子发生变化的那一刻。”
同时在IBS和KAIST工作的Hyotcherl Ihee说:“我们的研究是第一次观察到离子在气相中的动力学。”“在我们的实验中，我们使用了SLAC的兆电子伏特超快电子衍射(MeV-UED)仪器，这是世界上能够产生最快电子脉冲的设备之一。Ihee的同事Doyeong Kim补充说，该设备可以将电子加速到光速的0.99倍。
研究人员研究了1,3-二溴丙烷阳离子(DBP+)的命运，DBP+是他们使用共振增强多光子电离(REMPI)产生的。“传统的电离方法往往是激进的，导致目标系统的分裂或产生不需要的副产品，”Kim说。“另一方面，REMPI是一种非常温和的方法。它会选择性地产生我们想要观察的特定离子。”
基态1,3-二溴丙烷(左)及其相关物质isodbp +和溴MBP+的结构
SLAC的科学家托马斯·沃尔夫(Thomas Wolf)没有参与这项研究，他解释说:“这些离子是通过中性分子的光电离在飞秒时间尺度上制备的。”“使用超短的电子脉冲，在皮秒的光电离延迟下，当离子仍然高度集中，在它们有足够的时间飞离之前，就可以测量结构快照。”
许教授指出:“通常情况下，当离子被强行制造时，预计它们会迅速发生结构变化或分裂成不同的形式，但我们的研究结果揭示了与这些预期相反的现象。”他解释说，在DBP+离子产生后不久，会有一个停顿，因此结构变化不会立即显现出来。这些离子在这种“暗态”中保持了3.6皮秒，然后逐渐衰减到最稳定的构型，这是一个具有三元环结构的溴离子。
Wolf说，虽然DBP+系统相对简单，但由于离子中溴原子的强烈散射和REMPI波长很容易从标准激光系统中获得，SLAC的设备现在具有先进的波长调谐能力，因此他相信在更大类别的分子离子上进行实验是可行的。
“为了将这种方法应用于更普遍的离子系统，有必要设计各种技术，例如有效地蒸发样品并使其电离，”Ihee补充道。“因此，我们认为这些方法需要更多的创新才能被更广泛地采用，但如果这种情况发生了，我们预计我们的方法可以用于研究各种已知的化学物质。”
