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华美官方:里程碑式突破!我国科学家实现化学反应立体动力学精准调控

来源:  发布日期:2023-01-14 14:20:24

大连化物所研究人员在控制氢分子化学键取向的激光器前工作。

人民网北京1月14日电 (记者赵竹青)如何精确调控化学反应是化学科学研究的核心目标之一。记者从中国科学院获悉,近日,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、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,在这一研究方向上取得重要进展,通过控制分子化学键方向,实现了化学华美注册官网反应的立体动力学精准调控。

相关成果于北京时间1月13日以长文形式发表在《科学》杂志上。审稿人对于该工作给予了高度评价,认为它是反应动力学领域里程碑式的突破。

“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,直接得到自己想要的结果。”

化学反应的实质是原子、分子等微观粒子相互碰撞并引发旧化学键断裂、新化学键形成的过程。立体动力学效应是化学反应中一个基础而重要的问题,关注的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。一直以来,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,并且其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。团队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。

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。

该工作通过高精度的实验和理论研究,验证了通过氢分子量子态空间取向的操控,可以对化学反应进行精细调控,表明了人类对化学反应的认识和调控达到了一个新的高度。