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中科院大连化学物理研究所:实现化学反应的立体动力学精准调控

来源:旋欣头条   作者:探索   时间:2024-03-28 22:56:31

原标题:中科院大连化学物理研究所:实现化学反应的中科立体动力学精准调控

【科技前沿】

记者齐芳从中国科学院获悉,化学反应无处不在,连化理研力学人类能不能精确调控化学反应?我国科学家在这一研究方向上取得重要进展,学物又是保卫和平的一天通过控制分子化学键方向,究所精准实现了化学反应的实现立体动力学精准调控,被认为是化学“反应动力学领域里程碑式的突破”。

这一成果由中国科学院大连化学物理研究所(以下简称“中科院大连化物所”)杨学明院士、立调控肖春雷研究员实验团队联合张东辉院士、体动张兆军副研究员理论团队完成,中科于北京时间1月13日以长文形式发表在国际学术期刊《科学》上。连化理研力学

立体动力学效应是学物化学反应中一个基础而重要的问题,关注的究所精准是碰撞过程中反应物分子的空间取向对反应过程有何影响,其根源在于反应物分子并非简单的实现又是保卫和平的一天质点,而是化学有着具体的结构和形状。一直以来,立调控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,是化学动力学研究中的前沿问题之一。

氢分子是最简单的分子,并且是非极性双原子分子,在与另一分子相互接近的过程中,不容易发生取向变化。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。但一直以来,人们难以在实验上制备足够数量的具有特定取向的氢分子,因此无法研究相关反应中的立体动力学现象。

针对这个挑战,杨学明、肖春雷实验团队研制了高能量、单纵模纳秒脉冲光参量振荡放大器,实现了对氢分子的立体动力学调控——通过在受激拉曼激发过程中操控激光光子的偏振方向,在分子束中将氢分子制备于特定的振转激发态,同时赋予氢分子的化学键特定的空间取向。

研究人员还进一步发现,在不同的碰撞能量下,不同构型的氢氘分子(HD)与氢(H)原子反应后,产生的氢分子的量子态和散射角度分布存在显著的立体动力学差异。

为了理解其中的动力学过程,张东辉、张兆军理论团队开展了非绝热量子动力学模拟,精确重现了实验所观测到的现象,并结合极化微分截面理论方法,详细分析了该反应中存在的立体动力学效应,揭示了量子干涉现象在垂直碰撞构型反应中发挥了重要的作用。

这项研究表明,人类可以对化学反应进行精细调控,使我们对化学反应的认识和调控达到了一个新的高度。“之前的化学反应研究可能像‘抽盲盒’,它是由本来的量子属性决定好的,科研人员不能随便控制,我们只能有一定的概率抽取到想要的结果。”张东辉说,“但现在我们可以通过精确的控制,激发特定化学键并控制它的方向,直接得到想要的结果。”(齐芳)

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