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 日/周
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 习近平等党和国家领导人出席烈士纪念日向人民英雄敬献花篮仪式

  • 多彩活动迎国庆

独家策划

推荐阅读
根据国家气候中心监测,9月以来赤道中东太平洋海温持续增暖,为有监测记录以来候和旬尺度海温指数首次突破3摄氏度,海温指数峰值预计出现在11月前后,形成一次有监测记录以来最强的超强厄尔尼诺事件。
2026-09-30 09:45
这里,冬季寒冷漫长,寒凉气候、偏少降水、无霜期短的自然条件,难以形成规模化的城市聚落。对于传统农牧业,年均气温低、无霜期短意味着作物生长期受限;而对数据中心来说,这也是天然冷源。
2026-09-30 09:44
9月29日,中国科学院在京召开新闻发布会,正式发布“科学前沿极限突破计划”及其首批项目,向“极宏观、极微观、极端条件和极综合交叉”方向发起冲击。
2026-09-30 09:38
中国科普研究所经过深入调查研究,形成《全国科普事业发展报告(2026)》,全面展示我国科普事业持续发展壮大所取得的成就。
2026-09-30 09:32
现代科技发展史反复印证着一个道理:许多新技术的突破,归根结底都依赖材料的新发展。
2026-09-30 09:33
世界知识产权组织29日公布的2026年《全球创新指数》中,香港在全球139个经济体中排名再升一位至第14位,并在亚洲保持第五位。
2026-09-30 09:30
科学家绘制出了人体前额叶皮层脑区的已知最大规模基因表达图谱。这些研究进一步阐释了前额叶皮层脑区在生命不同阶段的发育情况,有望用于研究衰老、认知衰退和疾病易感性。在第二篇发表于《自然》论文中,西奈山伊坎医学院的Donghoon Lee和同事报道了一个与脑疾病相关的基因表达变化图谱。
2026-09-29 09:39
纤维的材料层次、器件结构和电路互连随成形过程共同建立起来,让纤维本身成为电路。另一组实验中,研究团队利用纤维组成的柔性交互界面及配套系统,实现了手指对机械臂和无人机的非接触控制。
2026-09-29 09:39
(记者王政)工业和信息化部等7部门28日联合印发《新型电池产业发展“十五五”规划》,提出到2030年,我国新体系电池研发取得重大进展,全固态电池初步实现规模化应用。
2026-09-29 09:40
记者李春剑从中国计量科学研究院获悉,近日,国际计量局(BIPM)的全球卫星导航系统(GNSS)时间传递标准首次在中国完成北斗关键参数的标校与比对验证。随着北斗时间传递链路校准、监测评估和国际互认体系持续完善,北斗将进一步为全球用户提供更加准确、可信的授时服务。
2026-09-29 09:39
近期,国务院印发《全民健身计划(2026—2030年)》,对“十五五”时期推动全民健身事业高质量发展作出部署。国际体育医学期刊《运动医学》指出,抗阻训练较常出现不适或损伤的部位主要集中在肩部、腰背部和膝部。
2026-09-29 09:37
全国科普月不仅是科普服务的集中推出期,更是营造爱科学、学科学浓厚社会氛围的重要契机。期待科普之翼越来越有力,把科学“种”进更多人心田。
2026-09-28 09:49
作为一线科技工作者,我觉得应该肩负起向公众传播科学知识、科学方法、科学思维和科学精神的社会使命。这是历史赋予我们的责任和义务,科学家应该将所学回馈社会。
2026-09-28 09:44
研究团队借助这套气体观测数据,首次定量证实:星团内接连发生的超新星爆发,持续输入的动能足以长期维持星系湍流。
2026-09-28 09:42
23日至27日,以“在数贸会遇见AI未来”为主题的第五届全球数字贸易博览会在浙江杭州国际博览中心举办。
2026-09-28 09:34
9月25日晚,皓月当空,海南科技馆外的人工湖边人头攒动。孩子们有序凑到天文望远镜前,凝神细看,月球表面深浅交错的环形山与陨石坑清晰映入眼帘。
2026-09-28 09:21
全球老龄化加速,如何延长健康寿命,成为生命科学研究领域最紧迫的课题之一。诸多抗衰老策略中,营养干预被认为最现实。已有研究表明,减少饮食中蛋白质的摄入,能延长酵母、果蝇和小鼠等模式生物的寿命。
2026-09-24 09:41
作为射电天文领域的国之重器,中国天眼(FAST)不断将我们的视野推向宇宙更深处,在脉冲星、快速射电暴、中性氢宇宙等前沿领域,一次又一次刷新着人类对于宇宙的认知。
2026-09-24 09:34
我国研究团队利用“天关”卫星(爱因斯坦探针卫星)与高海拔宇宙线观测站“拉索”(LHAASO)的联合观测,在一颗距离地球约4600光年的脉冲星周围发现一条此前未被完整看到的超长X射线尾迹。
2026-09-24 09:30
国家统计局数据显示,在消费品以旧换新等政策利好下,节能家电、智能家居等越来越受到消费者的青睐。智能家居的终极目标,不是堆砌多少高科技设备,而是让人的生活更便利、更幸福。
2026-09-24 09:26
加载更多