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氟/氯原子加水分子及其同位素取代反应的全维态-态量子动力学研究

批准号:
21403223
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
刘舒
学科分类:
化学动力学
结题年份:
2017
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈淑玲、邵科杰、赵志强

项目摘要

结项摘要

项目成果

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中文摘要
F/Cl+H2反应之后,四原子反应F/Cl+H2O及其同位素取代物成为了动力学家们最感兴趣的体系,同时也是研究振动模式/化学键选择动力学的典型体系。目前对F/Cl+H2O反应的动力学计算大多使用准经典轨线方法或是简化维度的量子方法,缺少能在量子态分辨层次上与实验直接比较的精确理论结果。本项目中,我们将运用神经网络拟合方法构建F+H2O和Cl+H2O反应新的电子基态全维全域势能面。发展基于多步RPD方案和PCB方案的含时波包方法到原子-三原子体系,计算F/Cl+H2O反应的全维微分截面,研究反应过程中是否存在共振态现象及其机理。我们还将在态-态水平上研究H2O分子振动激发对反应的影响,通过反应物,过渡态和产物的量子态关联信息,理解多原子体系振动激发的本质机理,揭示Polanyi规则之外的普适规律。通过本项目的实施,结合高分辨的交叉分子束实验,帮助我们探索利用反应物振动激发控制化学反应。
英文摘要
Since the F/Cl+H2 problem were essentially solved, the F/Cl+H2O and its isotopically substituted reactions have become the most popular systems among dynamicist. They are also the prototype reactions to study vibrational mode/bond selectivity. Up to now, all the dynamical quantities were calculated by using either QCT or the reduced-dimensionality QM methods, which were not able to compete in accuracy with state-of-the-art experiments. In this project, full-dimensional global PES for the ground electronic state of F+H2O and Cl+H2O will be constructed using the neural networks method. The M-steps RPD and PCB scheme based time-dependent wave packet method will be developed to calculate differential cross sections for F/Cl+H2O reactions in full dimensions and investigate reaction resonance phenomenon in the process. We will also study the effect of reagent vibrational excitation on a state-to-state level. The reactant/product quantum state resolved information will improve our understanding of fundamental mechanisms of polyatomic reactions in vibrational excited states and test the applicability of the Polanyi’s rules. The successful accomplishment of the project will help us to exploit control of chemical reaction through reagent vibrational excitations, with the cooperation of high-resolution, crossed-molecular beam experiment.
在项目的资助下,我们按研究计划采用神经网络拟合方法,构建了Cl+H2O反应新的电子基态全维全域势能面。我们发展基于多步RPD和PCB方案的含时波包方法到原子-三原子体系中,在原则上解决了四原子反应散射问题;并用于计算H+H2O→H2+OH和H+D2O→HD+OD反应初始基态,第一对称和反对称伸缩振动激发态的全维微分截面,发现产生的OH只有很小一部分在v=1振动态上,从而证实了局域模式图像;还计算了Cl+H2O→HCl+OH和H2+OH→H+H2O反应的全维微分截面。此外,我们对最简单的经由瓦尔登翻转机理实现的取代反应:H'+CH4→CH3H'+H及其同位素类似物进行了精确的八维量子动力学计算,发现反应截面具有很强的正向二级同位素效应,而热速率常数表现出反向二级动力学同位素效应。我们还给出了包含超过一个重原子形成中间复合物的复杂四原子反应H+CO2→OH+CO不同初始态的总反应几率。这些研究不仅帮助我们深刻认识复杂体系的反应动力学,还揭示了多原子体系振动激发的本质机理。项目期间,共发表了5篇文章,包括1篇Nature Communications,1篇Chemical Science。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI: 10.1063/1674-0068/30/cjcp1608163
发表时间: 2017
期刊: CHINESE JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS
影响因子: 1
作者: [Zhao Zhiqiang, Liu Shu, Zhang Dong H.]
通讯作者: Zhang Dong H.
A local mode picture for H atom reaction with vibrationally excited H(2)O: a full dimensional state-to-state quantum dynamics investigation.
H 原子与振动激发 H2O 反应的局域模式图:全维态到态量子动力学研究
DOI: 10.1039/c5sc03472h
发表时间: 2016-01-01
期刊: Chemical science
影响因子: 8.4
作者: [Liu S, Zhang DH]
通讯作者: Zhang DH
DOI: 10.1016/j.cplett.2017.02.083
发表时间: 2017
期刊: CHEMICAL PHYSICS LETTERS
影响因子: 2.8
作者: [Sun Peng, Chen Jun, Liu Shu, Zhang Dong H.]
通讯作者: Zhang Dong H.
Dynamical barrier and isotope effects in the simplest substitution reaction via Walden inversion mechanism.
通过瓦尔登反转机制实现最简单取代反应中的动态势垒和同位素效应
DOI: 10.1038/ncomms14506
发表时间: 2017-02-22
期刊: Nature communications
影响因子: 16.6
作者: [Zhao Z, Zhang Z, Liu S, Zhang DH]
通讯作者: Zhang DH
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