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标题: 里程碑式突破！中国科学家实现化学反应立体动力学精准调控 [打印本页]

作者: 中英许 时间: 2023-6-22 19:48
标题: 里程碑式突破！中国科学家实现化学反应立体动力学精准调控

用激光控制HD分子化学键的方向，使其以两种构型与H原子发生碰撞。中科院大连化物所供图
中新网北京1月13日电 (记者孙自法)面临无处不在的化学反应，怎样精确调控是化学科学研究的核心目的之一。随着人类对化学反应的认识不断深入到原子分子标准和量子态层面，如安在微观程度上进一步发展精确调控化学反应的原理和方法，也成为科学家们孜孜以求的目的。
来自中国科学院大连化学物理研究所(中科院大连化物所)的最新消息说，该所杨学明院士、肖春雷研究员实行团队连合张东辉院士、张兆军副研究员理论团队，强强连合取得一项紧张进展，他们通过控制分子化学键方向，实现化学反应的立体动力学精准调控。
这项紧张化学研究结果论文，北京时间1月13日上午以长文(research article)形式在国际闻名学术期刊《科学》(Science)发表，审稿人高度评价认为，该研究结果是反应动力学范畴里程碑式的突破。

中科院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。中科院大连化物所供图
中科院大连化物所连合团队先容说，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根本而紧张的问题，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。立体动力学效应的根源在于反应物分子并非简朴的质点，而是有着具体的结构和外形。
例如，氢分子由两个氢原子通过共价键连接形成，就像一个“哑铃”。因此，当另一个反应物与氢分子发生碰撞时，它从氢分子的一端发起攻击，或者直接攻击氢分子的共价键，这两种情况的反应几率和相应的动力学过程大概会表现出显着的差异。一直以来，怎样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致控制，是化学动力学研究中的前沿问题之一。
氢分子是最简朴的分子，并且其黑白极性双原子分子，在与另一分子相互靠近的过程中，不轻易发生取向变化。因此，氢分子参加的基元化学反应是研究立体动力学效应的抱负模子。不过，此前人们难以在实行上制备足够数量的具有特定取向的氢分子，因而无法研究相干反应中的立体动力学征象。
针对这一挑战，杨学明、肖春雷实行团队研制出高能量、单纵模纳秒脉冲光参量振荡放大器，实现对氢分子的立体动力学调控。该团队通过在受激拉曼引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引发态，同时赋予氢分子的化学键特定的空间取向。

在0.50eV碰撞能下，两种不同的碰撞构型的H+HD→H2+H反应的微分反应截面差异非常显着。中科院大连化物所供图
该实行团队又进一步利用基于极紫外激光技能的态-态分辨氢原子里德堡态飞行时间谱探测方法，结合交叉分子束技能，仔细丈量在0.50、1.20、2.07电子伏的三个碰撞能量下，两种不同构型的氢氘分子(HD)与氢(H)原子的H+HD→H2+D反应结果，发现产生的氢分子(H2)的量子态和散射角度分布存在显着的立体动力学差异。
为理解此中的动力学过程，张东辉、张兆军理论团队开展非绝热量子动力学模仿，精确重现实行团队所观测到的征象，并结合极化微分截面理论方法，具体分析该反应中存在的立体动力学效应，展现出量子干涉征象在垂直碰撞构型反应中发挥紧张作用。
“之前的化学反应研究大概像‘抽盲盒’，它是由本来的量子属性决定好的，科研人员不能恣意控制，我们只能有肯定的概率抽取到想要的结果。”张东辉形象表明说，“但如今我们可以通过精确的控制，引发特定化学键并控制它的方向，直接得到本身想要的结果。”
中科院大连化物所表现，该所连合团队通过高精度的实行和理论研究，成功验证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致调控，这表明人类对化学反应的认识和调控到达一个新的高度。(完)
泉源：中国新闻网

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