Science：中科院最新研究！实现化学反应的立体动力学精准调控！

虽然反应散射中的空间位（取向依赖）效应在化学动力学理论中众所周知，但仍需要结合实验和理论研究，在最基本的层面上严格探索这些效应。

鉴于此，中国科学院院士 杨学明 团队、中国科学院大连化学物理研究所 张东辉 院士、张兆军 副研究员团队等在 《Science》 上发表了题为 “Stereodynamical control of the H + HD → H2 + D reaction through HD reagent alignment” 的相关研究成果。

研究团队使用偏振受激拉曼泵浦制备了HD键轴平行或垂直于H原子速度的氢氘（HD）分子，得了H+HD→H2+D反应的高质量立体动力学数据。这些测量结果表明，HD取向对这一最基本的化学反应具有实质性影响，并且与量子力学计算的良好一致性进一步支持了HD取向。

图1：受激拉曼泵浦制备的两种碰撞几何图形示意图

研究人员对H+HD→H2+D反应进行了完全量子态分辨的交叉分子束研究，使用受激拉曼泵浦（SRP）方案在两个优先排列状态下制备了HD分子。图1显示了在两种不同的碰撞几何形状中制备振动激发的HD。结果发现反应的微分截面（DCS）随着HD键轴的方向发生剧烈变化，表明可以实现对化学反应DCS进行有效控制。

图2：H+HD(v=1,j=2)→H2(v’,j’)+D反应的D原子产物TOF光谱。

在图2的TOF光谱中观察到许多尖峰，基于动量和能量守恒，可以将它们分配给H2产物的各种振动状态。很明显，使用平行和垂直构型获得的TOF光谱有很大不同，产生的H2的量子态和散射角度分布存在显著的立体动力学差异。

图3：散射平面上的三维散射H2乘积等高线图

图3显示了这两种构型的相对反应性的变化。在低碰撞能量下，导致端部碰撞的平行构型是主要的，因为接受锥很窄且冲击参数小。随着碰撞能量的增加，侧面构型变得越来越普遍，并且随着接受锥的扩大和冲击参数的增加，侧向或前向的散射占据了主导地位。

图4：在散射平面上计算的DCS

为研究量子干涉对立体动力学效应的影响，研究人员在0.50 eV的碰撞能量下，由m = 0确定了平行构型的DCS，它由于正面碰撞动力学而表现出占主导地位的后向特征，如图4A所示。相比之下，m=±2的DCS是垂直构型的主要输入通道，在θ=100°处达到峰值，表明具有大冲击参数碰撞的外围动力学，图中所示的不透明度函数为零。

研究人员将高精度的实验和理论研究相结合，验证了通过氢分子量子态空间取向的操控，实现激发特定化学键并控制它的方向。该研究是反应动力学领域的一个重要里程碑，标志着我们可以实现化学反应的立体动力学精准调控。

回首这个研究团队为探索化学反应过渡态而开发的一系列技术，高分辨率高灵敏度的交叉分子束仪器在基元化学反应动力学研究领域曾取得重大突破，量子态分辨的后向散射谱学技术推动量子水平上化学反应过渡态的研究。这些新型的技术不断推动我们对化学反应过程认知的深入。实际上，为了能够观测反应过程中量子态的特性，是需要物理学家与化学家合作的。同时，这也使我们能够从量子层面上对于化学反应有更透彻的理解。

杨学明教授长期从事气相与表面化学反应机理和动力学研究，自行设计研制和发展了一系列具有国际领先水平的科学仪器，并利用它们在化学反应动力学研究方面取得了系列性的、备受国际瞩目的重要研究成果。澄清了势垒型量子过渡态与反应共振态在动力学上的差异；在量子态水平上观测到氟加氢反应的共振现象；证明了物理化学领域常用的基础手段——玻恩—奥本海默近似在氟加氘反应和氯加氢反应中的有效性；与合作者发展了四原子态-态量子动力学理论与实验方法，得到了HD+OH→H2O+D体系第一个全维精确的微分截面；得到了水分子及其同位素光分解过程非绝热动力学机理；研究了甲醇在二氧化钛表面的光催化解离机理。他的系列性研究工作将化学反应动力学实验研究推到了前所未有的高水平上，并通过与理论学者的合作，解决了化学动力学研究领域长期存在的一些科学难题，在反应过渡态动力学以及非绝热动力学研究方面作出了重要贡献。

Wang, Yufeng, et al. "Stereodynamical control of the H+ HD→ H2+ D reaction through HD reagent alignment." Science 379.6628 (2023): 191-195.

更多资料领取

后台回复 “ ChemDraw ”

领取 破解版 安装包

回复 “MestReNova” 领取 破解版 安装包

回复 “EndNote X9.1 ” 领取破解版安装包

回复 “有机化学” 领取经典化学书籍

回复 “科研礼包” 领取更多丰富所需资料

回复 “资料全集” 领取一下5款破解版资料

有偿征稿

本平台长期征稿，投稿请发至邮箱： ，目前仅接受原创首发类相关稿件或顶级化学外刊文献的前沿解读。来稿邮件标题：【微信投稿】+文章标题+作者、稿件请以附件方式发送，我们将从中挑选并发表在“化学科讯”微信公号。一经发表，稿酬丰厚，欢迎赐稿，期待佳作。

NO. 1

往期推荐

Historical articles

燃爆！华中科技大学，又一篇硬核性学术成果荣登顶刊！

太惨了！被踢出SCI，陆续撤回中国学者91篇文章，涉及众多名校，原因竟然是....

Angew：刷新研究，中国科学院上海有机化学创新性成果登刊！

荣登《Science》，成都理工大学合作发表最新研究成果！

一篇JOC引来4.5万人围观，只因合成了化学界最奇葩的分子！

END

 官方建群啦！

化学科讯组建了 合成生物学、高校产学研、有机合成、医药产业、材料高分子、分析检测、硕士、博士 等多个相关领域的实名制 微信交流群 ，扫描下方二维码即可入群！

点击“阅读原文”

立即加入微信交流