X+CH4反應模式選擇性的高維量子動力學研究

《X+CH4反應模式選擇性的高維量子動力學研究》是依託中國科學院精密測量科學與技術創新研究院，由楊明暉擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：X+CH4反應模式選擇性的高維量子動力學研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：楊明暉
• 依託單位：中國科學院精密測量科學與技術創新研究院

項目摘要

Polanyi規則總結了原子-雙原子分子氣相反應中不同形式能量對反應促進作用的規律性,但是該規則能否推廣到包含多原子分子反應,特別是多原子分子的不同振動模式對反應的促進作用還有待進一步研究。本項目擬採用含時波包量子動力學方法研究X+CH4（X=H，O，F，Cl）等反應的模式選擇性。近年來,這一類反應作為多原子反應的原型被實驗和理論廣泛研究，我們將針對這些反應的模式選擇性、同位素效用、反應分支比和簡併態動力學等問題開展研究。在理論方法上將進一步改進我們最近提出的8維量子動力學方法，並發展新的9/10維量子動力學方法, 提高對彎曲振動和反對稱振動描述的準確性並將研究推廣到X+CHD3和X+CH2D2反應。本項目將為X+CH4反應的研究提供新的研究手段，獲得一批新的圖像和數據，總結不同能量形式以及不同振動模式對反應促進作用的規律,促進對多原子分子化學反應動力學的深入認識。

結題摘要

本項目採用量子動力學方法研究六原子反應中各種運動模式對反應性的影響，以深入了解化學反應的微觀機制。項目圍繞這箇中心問題取得以下進展：（1）採用我們發展的8維量子動力學方法研究F+CHD3和Cl+CH4反應中的模式特異性，說明了不同類型反應中振動模式和平動模式的對反應的影響。（2）發展7維量子動力學方法研究了Cl+CHD3反應，首次考察了多原子體系中轉動效應並解釋了實驗現象。（3）發展6維量子動力學方法研究了F- + CH3Cl, 這是第一個研究SN2反應的高維量子動力學方法，研究發現了該反應中的直接反應和間接反應的競爭機制。（4）將高維量子動力學方法套用於分子-金屬表面反應，獲得了Ni+CH4和Ni+D2O中的反應選擇性。（5）發展了8維量子動力學方法研究XY+CZ3這一類型的反應，並套用於H2+CH3, HBr+CH3等反應。（5）發展了一個10維量子動力學方法研究X+CAB2類型的反應，並套用於H+CH4的研究，該模型能夠準確描述CH4的所有四個振動模式，將來可用於研究六原子反應中的同位素效用和反應分支比。 另外在該項目支持下，（1）構建了一個五原子反應H2+C2H→H+HCCH的勢能面，並採用全維量子動力學方法對該反應進行了研究。同時該勢能面也用於研究C2H3自由基振動中存在的隧穿效應。（2）和實驗科學家合作，研究CH3I分子的電離和CH3I+的激發態，解釋了CH3I分子的電離過程。（3）和實驗科學家合作對一類新型發光分子中激發態進行了研究，解釋了其中的發光機制。 本項目共發表SCI論文26篇，量子動力學的研究論文包括1篇Chem. Soc. Rev., 1篇Nat. Commun., 1篇JPC Lett.，12篇JCP, 2篇PCCP，2篇JPC-A。對分子發光機制的研究發表在Small, Chem. Commun 和RSC Advances上。