質子耦合電子轉移反應的動力學演化和機理研究

《質子耦合電子轉移反應的動力學演化和機理研究》是依託中國科學技術大學，由徐瑞雪擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：質子耦合電子轉移反應的動力學演化和機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：徐瑞雪
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

質子耦合電子轉移是一類重要的化學反應，是生命系統能量轉化過程和很多酶催化過程的關鍵步驟。本項目將在量子耗散動力學級聯方程的統一的理論框架下，對質子耦合電子轉移反應動力學進行系統研究，探討分步反應和協同反應的競爭以及它們之間的過渡與轉換。研究各種因素尤其是量子溶劑化、電子漲落和質子漲落的統計關聯對反應機理的影響。探討一些重要的實際系統中質子耦合電子轉移反應動力學的模型和機理。

結題摘要

本項目從量子耗散動力學基本理論方法的發展，到反應動力學機理分析和多維非線性光譜模擬，開展了一系列工作，主要進展如下。(i)我們首先進一步發展了最佳化的級聯耦合方程組這一精確、嚴格的、非微擾、非馬爾可夫量子耗散動力學方法。我們選取多模布朗諧振子熱庫模型，以最優的環境量子統計分布Padé譜分解為基礎，全面提出多種變化方案，根據簡單判據預判最優的一個，從而最大限度地最佳化實際計算所需級聯方程組維度，提高計算效率。(ii)套用級聯方程組模擬粒子轉移反應的時間演化動力學，提出若干度量函式，定量考察環境的量子效應、相干效應，電子漲落和核運動漲落的統計關聯，對反應機理如局域/非局域性、分步/協同性的影響以及互相之間的過渡與轉換。(iii)發展級聯方程組套用於多維非線性光譜模擬的高效計算方法和相應的程式，如混合海森堡—薛丁格和分塊矩陣等方案，模擬和分析各類動力學光譜檢測中體系環境各種關聯、耦合、相干作用的體現。(iv)依據級聯方程的計算結果，標定完備兩階驅動-耗散耦合方程的適用範圍並提出簡單判據參數。作為微擾框架內的理論方法，驅動-耗散耦合方程具有較級聯方程組快的多的計算效率，可依據判據參數在適用範圍內進行很多實際大體系的模擬和研究。