• 亚博体育官网人口app科学院大连化学物理研究所

    2023-01-15

    1月15日,记者从亚博体育官网人口app科学院了解到,化学反应无处不在。人类能准确控制化学反应吗?亚博体育官网人口app科学家通过控制分子化学键的方向,在这一研究方向上取得了重要进展,实现了化学反应的立体动力学精确控制,被认为是“反应动力学领域的里程碑式突破”。

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    这一成果由亚博体育官网人口app科学院大连化学物理研究所(以下简称“亚博体育官网人口app科学院大连化学物理研究所”)杨学明院士、肖春雷研究员实验团队联合张东辉院士、张兆军副研究员理论团队完成,于北京时间1月13日在国际学术期刊《科学》上以长文的形式发表。

    立体动力学效应是化学反应中的一个基本而重要的问题。它关注的是反应物分子在碰撞过程中的空间取向对反应过程的影响。根本原因在于反应物分子具有具体的结构和形状,而不是简单的质点。化学动力学研究中的前沿问题之一是如何利用化学反应中的立体动力学效应,实现对化学反应过程和结果的精细控制。

    氢分子是最简单的分子,是非极性双原子分子,在接近另一个分子的过程中不容易改变方向。因此,氢分子参与的基元化学反应是研究立体动力学效应的理想模型。然而,长期以来,人们很难在实验中准备足够数量的具有特定方向的氢分子,因此无法研究相关反应中的立体动力学现象。

    针对这一挑战,杨学明和肖春雷实验团队开发了一种高能量、单纵模纳秒脉冲光参振荡放大器,实现了对氢分子的立体动力学调节——在激拉曼的刺激过程中,通过控制激光光子的偏振方向,将氢分子制备在分子束中的特定振动激发状态,同时赋予氢分子化学键特定的空间取向。

    研究人员还发现,在不同的碰撞能量下,氢分子的量子态和散射角度分布在不同形状的氢分子(HD)和氢(H)原子反应后存在显著的立体动力学差异。

    为了了解动力学过程,张东辉和张兆军理论团队进行了非绝热量子动力学模拟,准确再现了实验中观察到的现象,平台,官方网站,官网,并结合极化微分截面理论方法,对反应中的立体动力学效应进行了详细分析,揭示了量子干涉在垂直碰撞构型反应中起着重要作用。

    这项研究表明,人类可以精细调节化学反应,使我们对化学反应的理解和调节达到一个新的高度。“以前的化学反应研究可能就像一个‘盲盒’,这是由最初的量子属性决定的。研究人员不能随便控制。我们只能有一定的概率得到预期的结果。”张东辉说:“但是现在我们可以通过精确的控制来激发特定的化学键并控制它的方向,直接得到预期的结果。


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