点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读: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
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

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

来源:中国新闻网2023-01-13 09:46

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)面对无处不在的化学反应,如何精确调控是化学科学研究的核心目标之一。随着人类对化学反应的认识不断深入到原子分子尺度和量子态层面,如何在微观水平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标。

  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、肖春雷研究员实验团队联合张东辉院士、张兆军副研究员理论团队,强强联合取得一项重要进展,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。

  这项重要化学研究成果论文,北京时间1月13日上午以长文(research article)形式在国际著名学术期刊《科学》(Science)发表,审稿人高度评价认为,该研究成果是反应动力学领域里程碑式的突破。

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

  中科院大连化物所联合团队介绍说,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。立体动力学效应的根源在于反应物分子并非简单的质点,而是有着具体的结构和形状。

  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可能会表现出明显的差别。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。不过,此前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,因而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、肖春雷实验团队研制出高能量、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。

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明显。 中科院大连化物所 供图

  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明显。 中科院大连化物所供图

  该实验团队又进一步利用基于极紫外激光技术的态-态分辨氢原子里德堡态飞行时间谱探测方法,结合交叉分子束技术,仔细测量在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著的立体动力学差异。

  为理解其中的动力学过程,张东辉、张兆军理论团队开展非绝热量子动力学模拟,精确重现实验团队所观测到的现象,并结合极化微分截面理论方法,详细分析该反应中存在的立体动力学效应,揭示出量子干涉现象在垂直碰撞构型反应中发挥重要作用。

  “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。”张东辉形象解释说,“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。”

  中科院大连化物所表示,该所联合团队通过高精度的实验和理论研究,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细调控,这表明人类对化学反应的认识和调控达到一个新的高度。(完)

[ 责编:战钊 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 辽宁营口:24小时为进出港船只破冰护航

  • 美丽中国丨冬日抚仙湖

独家策划

推荐阅读
1月27日上午,中国科学院大学星际航行学院揭牌仪式在中国科学院与“两弹一星”纪念馆举行,标志着该学院正式成立。从“东方红一号”划破天际到“祝融号”漫步火星,中国人的航天梦从未停止。
2026-01-28 02:45
2025年,我国区域科技创新布局更加优化,三大国际科技创新中心建设进入新阶段,区域科技创新中心建设取得新成效。
2026-01-28 02:45
打破产业间的壁垒,鼓励跨领域、跨行业的融合探索,推动资源要素的自由流动与高效配置,不仅能盘活存量资源、激发增量活力,更能催生具有引领性的新产业、新模式、新动能。
2026-01-28 02:45
合肥是儿童文学作家许诺晨的家乡。合肥科学岛,是她所拥有的一座得天独厚的科学和科幻题材的“硬核基地”,由她来写量子少年这个题材,可谓“近水楼台”。《量子女孩》(中国少年儿童新闻出版总社2025年12月出版)是她献给“量子新城”合肥的一部“家乡书”。
2026-01-28 02:55
北京火箭大街展示与运控中心作为商业航天测运控中心、商业航天公共服务平台的空间载体,将为企业提供卫星运控服务和交流推介平台。
2026-01-28 09:15
水稻耐不耐旱,和叶子的厚实程度相关,这是由什么因素决定的?日前,中国农业科学院作物科学研究所水稻分子设计技术与应用创新团队发现,水稻基因组中的三个耐旱基因可以“团队作战”,
2026-01-27 02:50
年轻人享受便利的同时,关注新的变化:智能穿戴设备是否正在塑造一个充满数据和规定的生活方式?“贴身伙伴”的出现改变了生活,人们同自己身体、同生活本身的关系,是不是也在变?
2026-01-27 03:15
商业航天是培育新质生产力、建设航天强国的重要力量。面对全球商业航天竞争日趋激烈的态势,中国商业航天亟须推动产业从“政策驱动”转向“市场驱动”。
2026-01-27 09:18
云南大学研究团队日前在国际学术期刊《自然》发表了关于早期脊椎动物视觉系统演化的研究成果,首次揭示了早期脊椎动物具有4只相机型眼,
2026-01-27 02:50
黄宣谕在《当代中国史研究》2025年第6期撰文指出,1949—1958年,基于工作重心转移与科普力量分布状况,党和政府重点在大中城市开展科普工作。
2026-01-28 02:55
印度东部西孟加拉邦近期出现尼帕病毒感染病例,目前已报告5例确诊病例,其中一名患者病情危重。泰国、尼泊尔等国已在机场和边境口岸加强防疫检测。尼帕病毒是一种新出现病毒吗?它有哪些特点?为何印度暴发的尼帕病毒疫情引起多国高度关注?
2026-01-27 03:15
科学家精神在我国科技发展事业中萌芽、生成、丰富、完善,成为兼具历史传承性、文化包容性与民族独特性的精神标识,不仅教育引导各类人才矢志爱国奋斗、锐意开拓创新,更是拔尖创新人才成长的精神旗帜与动力源泉。
2026-01-27 03:15
1月26日,将迎来腊八。一些细心的公众发现,相较于前些年,今年腊八来得有些晚。
2026-01-26 09:59
据农业农村部最新发布的数据,2025年全国粮食产量达到14298亿斤,增产168亿斤,连续两年稳定在1.4万亿斤以上。
2026-01-26 09:56
试验将收集锋面不同高度、不同位置的气象数据,为深化云贵准静止锋研究、提升预报服务能力提供更全面的支撑。
2026-01-26 09:51
中国科学家在国际学术期刊《细胞》发表论文,首次系统揭示了埃博拉病毒在2018—2020年大规模流行期间的一个关键“优势”突变。
2026-01-26 09:49
这一问题在当代科技哲学与美学的交叉前沿领域日益成为争论的焦点。
2026-01-26 09:48
我国结核病防治虽成效显著,疫情持续下降,但当前形势依然严峻,防治工作任重道远。作为一名从业30多年的结核科医生,我一直专注于结核病的临床诊治与防控,从未想过自己会与结核病防治历史结缘——直到十余年前。
2026-01-23 10:13
每到冬天,许多人都会感到手脚冰凉,即使穿得很厚,也难以真正暖和起来。为什么会有这种现象?该如何有效改善?
2026-01-23 10:06
“设立教育基金是我多年的心愿,希望为学校年轻人的培养作一点贡献。”
2026-01-23 10:01
加载更多