《基於量子動力學RPMD的化學反應速率研究》是依託上海大學，由李永樂擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於量子動力學RPMD的化學反應速率研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李永樂
- 依託單位：上海大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
化學反應速率常數的確定，在燃燒、大氣以及星際化學反應的化學動力學建模中起著不可或缺的作用，為建模提供了重要參數。而實驗和常用的理論如量子散射理論和過渡態理論均難以準確並快速地確定多原子反應的速率常數。本項目擬採用近年來新發展的全維量子動力學理論，ring-polymer分子動力學（RPMD），並藉助經典分子動力學中的先進控溫技術和抽樣算法，套用基於並行計算和GPU加速技術最佳化後的高效率計算程式，來模擬一系列在過渡態兩側均存在顯著范德華勢阱的自由基加水的化學反應，X+H2O→XH+HO（X=O, F, Cl, Br），系統地大規模計算該反應在不同溫度下與各種同位素的反應速率常數和動力學同位素效應。本工作將在驗證RPMD在化學反應速率常數計算中的有效性的同時，也進一步考察范德華勢阱、隧穿效應與零點能等量子效應，以及非絕熱效應對此類反應的影響，從而揭示此類反應的動力學特點。
結題摘要
近年來，基於路徑積分的量子動力學——珠串分子動力學（RPMD）獲得了廣泛套用，已經成功用於化學反應速率常數的計算研究。它可以準確而高效地反映原子核的量子效應，計算量卻類似基於經典力學的模擬，根據體系尺度僅呈線性增長。這是一種兼顧量子力學的精確性和經典力學的較高計算速度，精確計算速率常數的量子力學近似方法。本項目將RPMD方法套用於更為廣泛的多種不同類型化學反應體系，並通過跨節點並行編程，提高了RPMD計算化學反應速率的速度，並在合作課題組中推廣。本項目也探討了分隔面的選取對計算結果的影響。我們還對把RPMD套用於非絕熱化學反應體系做了探索。另外，我們也初步模擬了蛋白質晶體、鐵電分子晶體的動力學，以及RNA分子的激發態光譜，為後續工作中將RPMD推廣到上述體系做準備。
