星际水冰表面醇类与硫醇结合能分布研究：揭示星际分子吸附与化学演化的关键参数

（编辑推荐）本研究通过量子化学计算揭示了星际水冰（ASW）表面单醇/硫醇及其前体分子的结合能（BE）分布规律，突破传统单值BE模型的局限。发现氧族分子BE普遍高于硫类似物（如CH3OH vs CH3SH），为破解星际硫缺失问题（missing sulfur problem）和复杂有机物（COMs）形成机制提供了关键参数，建立了更精确的天文化学模拟框架。

　　

Highlight

结合能（BE）作为天文化学建模的核心参数，控制着分子在星际尘埃表面的滞留与化学演化。传统模型采用单一BE值的简化假设，忽视了吸附位点多样性导致的能量分布。本研究首次系统计算了单醇（如CH₃OH）、硫醇（如CH₃SH）及其前体（醛类/硫醛类）在非晶态水冰（ASW）表面的BE分布，揭示氧族分子因更强相互作用而普遍具有更高BE值，这对理解星际复杂分子层级形成路径具有里程碑意义。

Binding energy

我们计算了16种分子（图1）在9个ASW团簇上的BE值，发现H₂CO在75个吸附位点的BE呈现明显分布（详见表A.1）。硫类似物如H₂CS的BE普遍低于氧族对应物，这种差异直接影响了它们在冰表面的驻留时间与反应概率。特别值得注意的是，前体分子CH₃S/CH₂SH的BE分布特征为解释星际中未检测到的n-丙硫醇（n-propanethiol）提供了新线索。

Astrochemical modeling and implications

采用ROKKO化学模型模拟显示：BE分布显著改变分子丰度预测。例如，当考虑CH₃OH的BE分布时，其冰相丰度比单值模型高1-2个数量级。这种效应在硫化物（如CH₃SH）中更为显著，因为其较弱的吸附导致更易发生热脱附，这可能是观测中硫醇丰度低于醇类的重要原因。

Conclusions

本研究通过量子化学计算构建了首个系统的星际醇类/硫醇BE数据库，证明BE分布会显著改变分子演化路径。特别发现硫化物因较低BE更易脱离冰面，这为破解"星际硫失踪之谜"提供了关键机制。该方法为未来研究星际复杂分子（如多硫化物S₈）的生成奠定了新范式。