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【科技前沿】
記者齊芳從中國(guó)科學(xué)院獲悉，化學(xué)反應(yīng)無(wú)處不在，人類能不能精確調(diào)控化學(xué)反應(yīng)?我國(guó)科學(xué)家在這一研究方向上取得重要進(jìn)展，通過(guò)控制分子化學(xué)鍵方向，實(shí)現(xiàn)了化學(xué)反應(yīng)的立體動(dòng)力學(xué)精準(zhǔn)調(diào)控，被認(rèn)為是“反應(yīng)動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域里程碑式的突破”。
這一成果由中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所(以下簡(jiǎn)稱“中科院大連化物所”)楊學(xué)明院士、肖春雷研究員實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合張東輝院士、張兆軍副研究員理論團(tuán)隊(duì)完成，于北京時(shí)間1月13日以長(zhǎng)文形式發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上。
立體動(dòng)力學(xué)效應(yīng)是化學(xué)反應(yīng)中一個(gè)基礎(chǔ)而重要的問(wèn)題，關(guān)注的是碰撞過(guò)程中反應(yīng)物分子的空間取向?qū)Ψ磻?yīng)過(guò)程有何影響，其根源在于反應(yīng)物分子并非簡(jiǎn)單的質(zhì)點(diǎn)，而是有著具體的結(jié)構(gòu)和形狀。一直以來(lái)，如何利用化學(xué)反應(yīng)中的立體動(dòng)力學(xué)效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程和結(jié)果的精細(xì)控制，是化學(xué)動(dòng)力學(xué)研究中的前沿問(wèn)題之一。
氫分子是最簡(jiǎn)單的分子，并且是非極性雙原子分子，在與另一分子相互接近的過(guò)程中，不容易發(fā)生取向變化。因此，氫分子參與的基元化學(xué)反應(yīng)是研究立體動(dòng)力學(xué)效應(yīng)的理想模型。但一直以來(lái)，人們難以在實(shí)驗(yàn)上制備足夠數(shù)量的具有特定取向的氫分子，因此無(wú)法研究相關(guān)反應(yīng)中的立體動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象。
針對(duì)這個(gè)挑戰(zhàn)，楊學(xué)明、肖春雷實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)研制了高能量、單縱模納秒脈沖光參量振蕩放大器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)氫分子的立體動(dòng)力學(xué)調(diào)控——通過(guò)在受激拉曼激發(fā)過(guò)程中操控激光光子的偏振方向，在分子束中將氫分子制備于特定的振轉(zhuǎn)激發(fā)態(tài)，同時(shí)賦予氫分子的化學(xué)鍵特定的空間取向。
研究人員還進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，在不同的碰撞能量下，不同構(gòu)型的氫氘分子(HD)與氫(H)原子反應(yīng)后，產(chǎn)生的氫分子的量子態(tài)和散射角度分布存在顯著的立體動(dòng)力學(xué)差異。
為了理解其中的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，張東輝、張兆軍理論團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了非絕熱量子動(dòng)力學(xué)模擬，精確重現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)所觀測(cè)到的現(xiàn)象，并結(jié)合極化微分截面理論方法，詳細(xì)分析了該反應(yīng)中存在的立體動(dòng)力學(xué)效應(yīng)，揭示了量子干涉現(xiàn)象在垂直碰撞構(gòu)型反應(yīng)中發(fā)揮了重要的作用。
這項(xiàng)研究表明，人類可以對(duì)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行精細(xì)調(diào)控，使我們對(duì)化學(xué)反應(yīng)的認(rèn)識(shí)和調(diào)控達(dá)到了一個(gè)新的高度?！爸暗幕瘜W(xué)反應(yīng)研究可能像‘抽盲盒’，它是由本來(lái)的量子屬性決定好的，科研人員不能隨便控制，我們只能有一定的概率抽取到想要的結(jié)果?！睆垨|輝說(shuō)，“但現(xiàn)在我們可以通過(guò)精確的控制，激發(fā)特定化學(xué)鍵并控制它的方向，直接得到想要的結(jié)果。”
（光明日?qǐng)?bào)記者 齊芳）
關(guān)鍵詞： 化學(xué)反應(yīng) 化學(xué)物理
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