碳氢分子体系全维势能面的构建及相关反应动力学研究

Due to the important role of carbon/hydrogen molecular systems playing in the atmospheric and combustion chemistry, researchers have being paid widely attention to the important radical reaction dynamics. Studies on the reaction dynamics of the important carbon/hydrogen molecular reaction dynamics, which is an important research subject of atomic and molecular physics, is of great significance for revealing the micro reaction mechanism. In the present project, we plan to select the carbon/hydrogen systems, namely, CH2、C2H、HCO、H2CO and C2H2, etc., as the research subject. The accurate reaction dynamics calculations will be carried out and the reaction processes will be investigated in detail. However, construction of global potential energy surface with high accuracy is the foundation of studying the reaction dynamics. Thus, the present project will firstly construct the globally accurate potential energy surfaces of carbon/hydrogen molecular systems and analyze their topographical properties. Then, based on the newly constructed potential energy surfaces, we will study the relevant molecular reaction dynamics by employing the quasi-classical trajectory and quantum dynamics method. The reaction probabilities and reaction cross section will be calculated and compared with the previous theoretical and experimental results. We will also analyze the effect of isotopic, non-adiabatic, and the vibrational and rotational excitation of reagent on the reactions. The result of the present project can enrich the information of carbon/hydrogen molecular reaction dynamics and provide theoretical foundation for controlling such reactions.

碳氢分子体系在大气化学和燃烧化学中起着重要作用，其相关反应的动力学性质得到了广泛关注。研究碳氢分子体系反应的动力学性质对于揭示反应的微观机理具有重要意义，是原子与分子物理学科一项重要的基础研究课题。本项目选取CH2、C2H、HCO、H2CO以及C2H2等碳氢分子体系为研究对象，进行精确的反应动力学计算，全面地研究其反应的微观过程。而构建体系高精度的全维势能面是进行分子反应动力学研究的基础，因此本项目首先构建高精度的碳氢分子体系高精度的全维势能面，详细分析势能面的特征；其次在新构建的全维势能面基础上利用准经典轨线理论和量子动力学方法研究相关分子反应的动力学性质，计算反应几率和反应截面等动力学参数，并与已有的理论和实验结果进行比较，分析同位素效应、非绝热效应以及反应物振动和转动激发等因素对反应的影响。该项目的研究成果可以丰富和完善碳氢分子体系的动力学信息，为实现对上述反应的操控提供理论依据。

构建分子体系高精度的全维势能面，详细分析势能面的特征，并在新构建的全维势能面基础上利用准经典轨线理论和量子动力学方法研究相关分子反应的动力学性质，是原子与分子物理重要的研究内容。通过揭示分子反应的微观机理，可以实现对反应的操控，为该方面的实验研究提供理论依据。本项目构建了双原子CS+(X2∑+/A2Π)高精度的解析势能函数，给出了更加精确的双原子分子的光谱常数。构建了SiH2+(X2A1)、CH2 (X3A″)、CH2+(12A″)以及HCS+(X1Σ+)等一系列三原子分子体系的高精度的势能面，详细分析了这些体系的平衡位置、鞍点和过渡态的结构、能量及振动频率等分子的性质，丰富和完善了三原子分子全维势能面的程序库。利用准经典轨线理论和量子动力学方法研究了C+(2P)+H2(X1Σg)、H(2S)+ CH(D/T)(2Π)、C+(2P)+SH(X2Π)以及Si(1D)+H2(X1Σg+)等相关基元反应的动力学性质，详细揭示了反应的微观机理。本项目还研究了激光脉冲对ClCN等分子体系的无场取向过程。选取了一系列实验上新合成的具有激发态分子内质子转移性质的分子体系，详细研究了这些分子体系的激发态质子转移过程。研究了TADF分子发光机理，具体包括位置取代效应、聚集诱导效应等对蓝光TADF、有机室温磷光以及具有圆偏振性质荧光材料发光性质的影响，提出了提高分子发光效率的分子设计策略。. 在该基金的资助下，本项目的研究进展顺利，较好地完成了科学研究和人才培养的任务，实现了预期目标。研究成果发表在Journal of Chemical Physics、Frontiers in Physics，Physical Chemistry Chemical Physics以及Journal of Materials Chemistry C等期刊上，共发表SCI收录论文32篇，其中基金第一标注17篇，第二标注8篇。获山东高等学校科学技术奖三等奖1项（小分子势能面的构造及相关反应的外场动力学研究）。在项目实施过程中，共有9名研究生参与到研究工作中，培养3名博士生、6名硕士生。其中1名博士生获得国家奖学金，1名硕士研究生获得省级优秀硕士学位论文，1名硕士研究生获得校级优秀硕士学位论文，指导1名本科生获校级优秀学士学位论文。