碱土金属原子与氢分子反应碰撞过程中的非绝热立体反应动力学理论研究

Understanding the nature of chemical reaction and controlling the chemical reaction is the dream of every chemist. Molecular reaction dynamics is the subject who studies the chemical reaction process at the most basic atomic and molecular level to understand the nature of chemical reaction. The study of non-adiabatic stereodynamics is the frontier research areas of reaction dynamics field in the world now. In this project we will derivate the time dependent quantum wave packet formulas describing the vector correlation in the elementary reactions. Then we will write the program of non-adiabatic stereodynamics time dependent quantum wave packet based on the formulas. So, we can develop the time-dependent wave packet method which can be used to study the stereodynamics properties of triatomic non-adiabatic reaction system. Meanwhile, we will develop non-adiabatic quasiclassical trajectory stereodynamics program based on our adiabatic QCT program. We will provide two new methods for studying the non-adiabatic stereodynamics of the elementary reaction through the classical physics and the quantum mechanics individually in this project. At the same time, the full dimensional non-adiabatic potential energy surfaces of the reactions Li+H2 and Na+H2 will be constructed. Then, the non-adiabatic stereodynamics of the Li+H2 and Na+H2 reaction systems will be studied by using both quasiclassical trajectory method and time dependent quantum wave packet method. The purpose of this project is to understand the reaction essence of alkaline-earth metal atoms with hydrogen molecule.

深入了解化学反应的本质进而控制化学反应是每个化学家的梦想，分子反应动力学就是从最为基本的原子、分子层次上研究化学反应的过程从而认识化学反应的本质，非绝热立体反应动力学研究是目前国际上分子反应动力学领域的最前沿。在本项目中我们将推导计算基元碰撞反应过程中矢量动力学性质的含时量子波包公式，并根据公式编写非绝热含时量子波包立体动力学程序，开发计算三原子反应体系非绝热立体反应动力学的含时量子波包方法；在我们已有的绝热准经典轨线立体反应动力学程序基础上开发三原子反应体系的非绝热准经典轨线立体反应动力学方法。该项目的完成将为研究基元分子反应的非绝热立体反应动力学提供基于经典力学和量子力学的两种新方法。构建Li+H2和Na+H2反应体系精确非绝热全维解析型势能面。利用我们发展的准经典轨线和含时量子波包新方法研究Li+H2和Na+H2反应体系的非绝热立体反应动力学，深入理解碱土金属原子与氢分子反应的本质。

深入了解化学反应的本质进而调控化学反应是每个化学家的梦想，分子反应动力学就是从最基本的原子、分子层次上研究化学反应的过程从而认识化学反应的本质。早期的动力学理论研究都是基于Bohn-Oppenheimer近似，即根据核运动和电子运动分离的概念构建基元反应的绝热势能面，然后让经典轨线或波包在绝热势能面上演化从而得到需要的动力学信息。在一些基元反应体系的动力学研究中，绝热近似能够得到满意的结果，但对于涉及多个电子态的基元反应体系必须考虑非绝热效应才可能得到精确的反应动力学信息。因此非绝热反应动力学研究是目前国际上分子反应动力学领域的最前沿。在本项目中我们发展了研究三原子基元反应体系非绝热立体反应动力学的准经典轨线和含时量子波包两种新方法，并开发了计算三原子反应体系非绝热立体反应动力学的准经典轨线程序和含时量子波包程序。基于神经网络理论发展了一套构建高精度全域反应势能面的方法并开发了相应的程序包。构建了LiHH和NaHH反应体系的高精度绝热和非绝热反应势能面，利用准经典轨线和含时量子波包方法深入研究了两个反应的详细反应动力学性质，并比较已报道的反应动力学理论与实验结果，深入探讨了碱金属原子与氢分子反应的机理。此外，还构建了一系列重要基元反应体系SHH，LiHH+，AuHH+，LiHCl等的高精度全域全维势能面并研究了这些反应体系的动力学过程，详细探讨了这些反应的反应机理。项目执行期间，相关的研究成果已经发表SCI收录的研究论文23篇，其中影响因子大于或接近3的文章18篇。包括Scientific Reports期刊5篇，Phys. Chem. Chem. Phys. 期刊2篇（其中一篇被选为封面文章）。项目执行期间共培养研究生15人，其中培养博士研究生11人（已毕业6人，在读5人），培养硕士研究生4人（已毕业2人，在读2人）。项目执行过程中开展了广泛的国内外学术交流。