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

  • 香港赴北京旅游团抵京

  • 天山南北油气生产忙

独家策划

推荐阅读
会议强调,要攻坚克难扩种大豆油料,做好科技创新、加工增值和政策支持。
2023-02-07 03:20
我国科学家在生物着色遗传机理领域取得新发现。
2023-02-07 03:20
2月6日,国家气候中心在中国气象局举办的新闻发布会上发布了《2022年中国气候公报》(以下简称“公报”)。公报显示:2022年,我国暖干气候特征明显,全国平均气温为历史次高,降水量为2012年以来最少,旱涝灾害突出。
2023-02-07 03:20
年度总结、月报、周报中的套话,可以轻松交给人工智能完成,这也说明一些占据员工大量时间精力的工作只是重复性消耗。
2023-02-07 09:21
日前,福建漳浦六鳌海上风电场二期项目开工建设。风电场位于漳浦县东南侧海域,中心距离海岸线32.8公里,场址面积约22.9平方公里,总装机容量达400兆瓦。
2023-02-07 09:16
日前,中国科学技术大学中科院微观磁共振重点实验室杜江峰院士、石发展教授等在量子操控领域取得重要进展,基于金刚石氮-空位(NV)色心量子比特实现了保真度99.92%的量子CNOT门(量子受控非门)。
2023-02-06 03:15
近日,国家发改委、科技部联合印发《关于进一步完善市场导向的绿色技术创新体系实施方案(2023—2025年)》(以下简称《方案》),力促进一步强化绿色技术对绿色低碳发展的关键支撑作用。
2023-02-06 03:15
作为人工智能领域的创新应用,深度合成近年来风头正劲,AI语音助手、虚拟人、数字人、AR购物、影像修复等在文艺、传媒、医疗、社交等多个领域造福着社会,成为促进数字经济“虚实融合”的关键性技术。
2023-02-06 03:15
水+二氧化碳+电=淀粉?这个看似天方夜谭的想法,被中国科学家实现。
2023-02-06 03:10
中国空间站全面建成、首架C919大飞机正式交付、白鹤滩水电站全面投产……2022年,中央企业全力推进科技创新突破,重大工程、重大项目捷报频传。
2023-02-06 08:55
日前,中国科学技术大学潘建伟、陈腾云等与清华大学马雄峰合作,首次在实验上实现了模式匹配量子密钥分发。相关研究成果发表于《物理评论快报》。
2023-02-07 03:20
山东大学陈子江院士和复旦大学金力院士团队紧密合作,在《自然医学》(Nature Medicine)期刊以长文形式发表了题为“Landscape of Pathogenic Mutations in Premature Ovarian Insufficiency”的研究论文。
2023-02-03 21:59
国家药监局副局长赵军宁表示,2023年将全链条加强中药质量管理,全过程加快中药品种的审评审批。
2023-02-03 20:58
早期肿瘤细胞还未聚集沉积于脑膜,PET/CT或MRI检查都很难发现脑膜转移病灶。脑膜转移的治疗也很棘手。在人体中,脑组织、脑脊液和血液之间有个屏障,能够阻止某些物质(多半是有害的)由血液中进入脑组织。这就使得抗肿瘤药物很难通过屏障去杀死脑内肿瘤。
2023-02-03 19:06
随着大众生活水平的提高,消化内镜检查成为日常检查中的重要一环。各式各样的消化内镜检查层出不穷,到底该如何选择?对此,南京鼓楼医院消化内科主任医师张以洋进行解读。为什么要做胃镜检查?
2023-02-03 19:01
直播时间:2023年2月4日15:00-16:20
2023-02-03 16:49
在电影中频频出现的人体外骨骼,无论是建筑施工的工人,还是搬运装备的勤务人员,再或者执行战斗任务的军事人员,外骨骼似乎成了《流浪地球2》时代的通用装备。《流浪地球》中的外骨骼,有大量的现实装备的影子。
2023-02-03 16:20
日前,天津大学龚俊波团队与休斯敦大学等开展国际合作,成功发现一种新型结晶抑制剂。该抑制剂可有效抑制诱发尿酸盐结石形成的晶体生长,有望为肾结石患者带来福音。
2023-02-03 20:57
工作人员在位于西安高新区的铂力特金属增材制造智能工厂项目车间内操作3D打印设备。
2023-02-03 10:31
元宇宙这个词语,可以追溯到1992年的科幻小说《雪崩》,其中描述了一个比地球还要巨大的元宇宙世界——互联网技术和虚拟现实技术创造出来的虚拟世界。
2023-02-03 10:20
加载更多