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

  • 探访平陆运河青年枢纽鱼道

  • 第28届上海国际电影节举办首日活动

独家策划

推荐阅读
据英国《自然》网站9日报道,美国生命生物科学公司当天宣布,首次通过细胞“部分重编程”疗法,尝试让一名青光眼患者眼部受损的衰老细胞“返老还童”。
2026-06-12 09:32
一项发表于《科学》杂志的最新研究,绘制了首张全球菌根真菌“地下网络”分布图。这是继去年《自然》杂志发表菌根真菌多样性全球分析之后,科学家首次实现对其物理密度的全球可视化。
2026-06-12 09:29
斯坦福大学数学家贾里德·杜克尔·利希特曼在社交平台X上将这种现象类比为国际象棋中的“非常规开局”,认为AI有时能跳出人类长期形成的“审美与惯例”。
2026-06-12 09:28
在前不久举行的第三十四届哈尔滨国际经济贸易洽谈会上,哈尔滨工程大学智能海洋航行器技术全国重点实验室的展台前,围满了参观者。
2026-06-12 09:27
如今,智谱的大模型已经成为全球众多顶级云服务商和知名编程平台的“默认选项”之一,深受海外开发者的欢迎。如果说智谱代表了AI通用大模型在信息空间的实力,那么北京科学智能研究院则展示了AI征服物理和微观世界的强大力量。
2026-06-12 09:26
“在洞窟里,把冷光灯打开,面对着千年壁画的那一刻,所有的烦恼都会瞬间远离,觉得能近距离接触如此杰出的艺术品,是很震撼、很幸运又很幸福的事。遵循这一“笨规矩”,于宗仁组织完成了莫高窟与甘肃省内外多处壁画彩塑保护方案与实施工作,例如莫高窟千像塔彩塑保护修复、莫高窟第196窟壁画彩塑保护修复,以及麦积山石窟部分洞窟的塑像壁画保护修缮等。
2026-06-11 10:23
国际科技出版机构施普林格·自然10日发布的自然指数2026科研领导者榜单显示,中国继续保持全球第一,2024年至2025年科研产出增长22.4%,是全球十强中唯一实现两位数增长的国家。机构表现方面,自然指数显示,中国科学院整体排名位列榜首,在除健康科学和社会科学以外的5个学科领域位居第一。
2026-06-11 10:23
量子传感是一种利用量子效应进行高精度测量的新技术。量子传感可通过增加粒子数量来提高传感性能,然而这面临一个重要挑战——量子热化。“这不仅深化了人们对量子热化这一基础科学问题的认识,也为发展新一代高灵敏度量子传感器提供了新的思路。
2026-06-11 10:23
扎根智能制造一线,很多像马遵农一样的年轻人用技术创新护航制造业转型升级。如今,基于模型的系统工程等方法已应用于飞机制造的各个环节,新工艺的研发更高效、更精准、更节约。
2026-06-11 10:23
阶段扩建,计划新增一个综合舱段,让空间站整体构型从“T”字变为“十”字。从初具规模的三舱组合,到不断扩容升级,中国空间站的成长,是中国载人航天稳步发展的缩影。
2026-06-11 10:23
6月9日16时23分,朱雀二号改进型遥六运载火箭在东风商业航天创新试验区发射升空。
2026-06-10 09:57
6月8日,火烈鸟在盐湖湿地嬉戏,成为一道亮丽风景线。
2026-06-10 09:57
日前,长江干线首个“复式航道”在安徽土桥水道和大通水道试运行,预计每日分流200余艘上行浅吃水船舶。
2026-06-10 09:52
近年,智能除锈凝胶与高相容性的新型加固材料的研发与成功应用,分别为脆弱青铜器无损清除锈蚀病害与矿化层加固提供了创新方法。
2026-06-10 09:51
为了让更多患者在关键时刻“用得上、用得起”,一群年轻的航天人坚定踏上了国产ECMO攻关之路。
2026-06-10 09:48
作为长江、黄河、澜沧江发源地,青海多年来持续推进三江源水生生物资源保护修复,持续巩固青海省高原河湖生态屏障。据悉,此次大批量土著鱼苗放流,进一步充实了黄河上游鱼类资源储备,对修复河道生物群落、改善水域生态环境具有积极作用。
2026-06-09 09:57
记者从自然资源部中国地质调查局获悉,“海洋地质六号”船近日完成深海地质调查第16航次科考任务,在深海地质环境调查、海洋探测关键技术装备研发应用等方面取得多项成果。
2026-06-09 09:56
培育新质生产力、建设现代化产业体系,是推动经济高质量发展、夯实中国式现代化产业根基的重要任务。未来产业依托前沿技术与颠覆性创新引领发展方向,赋能传统产业与新兴产业,拓展发展边界、培育全新增长点。
2026-06-09 09:52
人工智能与数智技术的发展,无疑是当下人们最为关切的议题之一。
2026-06-09 09:50
耕地是保障粮食安全的根本。当前,我国耕地质量总体呈现稳中有升良好态势,东北黑土地保护性耕作面积持续扩大,南方酸化耕地治理和北方盐碱地改造利用均取得积极进展。
2026-06-09 09:36
加载更多