新華社沈陽1月14日電(記者王瑩、張泉)如何精確調控化學反應是化學科學研究的核心目標之一。近日,中國科學院大連化學物理研究所楊學明院士、肖春雷研究員實驗團隊聯合張東(dong) 輝院士、張兆軍(jun) 副研究員理論團隊,在這一研究方向上取得重要進展,通過控製分子化學鍵方向,實現了化學反應的立體(ti) 動力學精準調控。相關(guan) 成果日前在國際學術期刊《科學》發表。
立體(ti) 動力學效應是化學反應中一個(ge) 基礎而重要的問題,關(guan) 注的是碰撞過程中反應物分子的空間取向對反應過程有何影響。例如,氫分子由兩(liang) 個(ge) 氫原子通過共價(jia) 鍵連接形成,就像一個(ge) “啞鈴”。當另一個(ge) 反應物與(yu) 氫分子發生碰撞時,它從(cong) 氫分子的一端發起攻擊,或者直接攻擊氫分子的共價(jia) 鍵,這兩(liang) 種情況的反應幾率和相應的動力學過程可能會(hui) 表現出明顯的差別。一直以來,如何利用化學反應中的立體(ti) 動力學效應,實現對化學反應過程和結果的精細控製,是化學動力學研究中的前沿問題之一。
氫分子參與(yu) 的基元化學反應是研究立體(ti) 動力學效應的理想模型。但一直以來,人們(men) 難以在實驗上製備足夠數量的具有特定取向的氫分子,因此難以開展相關(guan) 研究。
針對這個(ge) 挑戰,楊學明、肖春雷實驗團隊研製了高能量、單縱模納秒脈衝(chong) 光參量振蕩放大器,實現了對氫分子的立體(ti) 動力學調控。實驗團隊仔細測量了在三個(ge) 碰撞能量下,兩(liang) 種不同構型的氫氘分子與(yu) 氫原子的反應結果,發現產(chan) 生的氫分子的量子態和散射角度分布存在顯著的立體(ti) 動力學差異。張東(dong) 輝、張兆軍(jun) 理論團隊詳細分析了該反應中的立體(ti) 動力學效應,揭示了量子幹涉現象在垂直碰撞構型反應中發揮的重要作用。
“之前的化學反應研究可能像‘抽盲盒’,它是由本來的量子屬性決(jue) 定好的,科研人員不能隨便控製,我們(men) 隻能有一定的概率抽取到想要的結果。”張東(dong) 輝說,“現在,我們(men) 可以通過精確控製,激發特定化學鍵並控製它的方向,直接得到自己想要的結果。”(來源:新華社)