銳意創(chuàng)新 協(xié)力攻堅

分子反應動力學國家重點實驗室依托于中國科學院大連化學物理研究所，1987年經(jīng)原國家計委批準建立，1992年通過國家驗收，正式對國內(nèi)外開放。

分子反應動力學是一門從宏觀反應速率到微觀的原子、分子以及量子態(tài)的水平上研究各種化學反應的動力學本質(zhì)及規(guī)律的學問。分子反應動力學的研究不僅揭示了化學反應的本質(zhì)，而且推動了化學激光的發(fā)展，揭示了臭氧層破壞的機理，發(fā)現(xiàn)了碳-60分子等，極大地推動了能源科學、大氣環(huán)境科學以及新興的納米科學等領域的發(fā)展。分子反應動力學國家重點實驗室的定位是：面向化學動力學前沿課題和國家需求，發(fā)展原創(chuàng)性的理論和研究方法，在原子、分子、量子態(tài)水平上理解化學反應的過程和機制，為與能源和環(huán)境等重要科學技術相關的化學反應過程的研究提供實驗和理論基礎。

保持領先，力求占據(jù)制高點

分子反應動力學國家重點實驗室致力于發(fā)展和利用國際先進的化學反應動力學實驗技術和高精度動力學理論相結合的方法，深入細致地研究重要化學過程中的動力學機理，在原子、分子的層次和量子態(tài)分辨水平上揭示基本化學動力學規(guī)律，在分子反應動力學基礎科學研究中做出重要創(chuàng)新成果，為重大科學技術進步提供基礎知識支撐，保持反應動力學研究的國際領先地位，占據(jù)國際化學反應動力學研究的制高點。

實驗室的研究內(nèi)容包括：氣相分子反應動力學、分子團簇結構和光譜、生物大分子結構及動力學、表面光化學反應動力學、液相超快動力學、量子動力學理論發(fā)展與應用、動力學實驗研究新方法和儀器研制等。多年來，實驗室一直是國內(nèi)化學反應動力學的主要研究基地和承擔國家重大基礎研究項目的牽頭單位，在交叉分子束實驗技術、量子動力學和勢能面計算、化學反應過渡態(tài)的結構和動力學機制的研究、非絕熱動力學研究、物理化學實驗儀器研制等方面的相關研究成果處于國際領先水平。

實驗室自組建以來獲得了多項獎勵，其中包括：1項國家最高科學技術獎，4項國家自然科學獎二等獎，1項國家科技進步獎二等獎；3項中國科學院自然科學獎一等獎，1項中國科學院科技進步獎一等獎和4項遼寧省自然科學獎一等獎。研究成果有3項入選當年中國十大科技進展新聞。繼1993年和2003年在Science上、2002年在Nature上各發(fā)表1篇文章后，實驗室從2006年到2014年，連續(xù)九年的科研成果發(fā)表在Science上，為我國乃至國際化學反應動力學的學科發(fā)展做出了重要貢獻，已經(jīng)成為國際上備受矚目的重要的分子反應動力學研究中心。值得一提的是，實驗室在2009年和2014年化學類國家重點實驗室評估中均被評為優(yōu)秀實驗室。

實驗室未來的目標是，將建設一個在國際上獨具特色的基于波長可調(diào)諧極紫外相干光源的化學反應動力學研究重要基地。在保持微觀反應動力學國際領先地位的同時，將發(fā)展精確測量和計算化學反應速率的實驗技術和理論方法，開展與能源、環(huán)境、國防密切相關的燃燒化學、大氣化學、霧霾成分及形成機制、化學激光等方面的宏觀動力學和微觀機制的研究。

壯志不減，孕育原始創(chuàng)新成果

2020年，實驗室攻堅克難，創(chuàng)新不斷，在多個方面取得了新進展、新突破。

8月，實驗室研究人員通過同時調(diào)控無機半導體納米晶的波函數(shù)分布和表面受體分子的構型，采用時間分辨光譜觀測到了無機/有機界面三線態(tài)能量轉(zhuǎn)移中的“Through-space”與“Throughbond”機制，并基于此實現(xiàn)了高效的分子三線態(tài)敏化和三線態(tài)湮滅的光子上轉(zhuǎn)換。研究成果發(fā)表于《德國應用化學》上。相關工作得到國家自然科學基金、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項A類“變革性潔凈能源關鍵技術與示范”、遼寧省興遼英才計劃等項目的資助。

同月，實驗室研究人員在零維全無機金屬鹵化物發(fā)光動力學機理研究方面也取得新進展，通過將銅摻入銫鋅鹵化物實現(xiàn)了在藍光波段的高效發(fā)光。

全無機零維金屬鹵化物具有優(yōu)異的發(fā)光性能和高的穩(wěn)定性，在顯示和固態(tài)照明等領域展現(xiàn)出廣闊的應用前景。目前，全無機零維金屬鹵化物已在綠光、黃光和紅光等波段取得了很高的發(fā)光效率。相比之下，高效藍光發(fā)射全無機零維金屬鹵化物的發(fā)展仍面臨挑戰(zhàn)。

在這項工作中，研究團隊首次合成了銅摻雜的零維銫鋅鹵化物單晶，成功實現(xiàn)了在純藍光波段的高效發(fā)光。研究發(fā)現(xiàn)Cs2ZnBr4中摻入Cu+以后，出現(xiàn)了明顯的激子吸收峰，熒光峰的位置未發(fā)生變化，發(fā)光量子產(chǎn)率由3.6%提升到65.3%；同時，熒光壽命明顯變長，表明Cu+摻雜可以有效抑制Cs2ZnBr4中的非輻射重組過程。詳細的光譜分析顯示，Cs2ZnBr4：Cu中的藍光發(fā)射起源于三重態(tài)自陷激子，并在低溫下表現(xiàn)出雙重發(fā)射的特征。除了優(yōu)異的光學性能，Cs2ZnBr4：Cu還表現(xiàn)出良好的潮濕穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。此外，科研人員通過進一步取代A位陽離子和鹵素，可以獲得具有高效天藍色發(fā)光的Rb2ZnCl4：Cu，其發(fā)光量子產(chǎn)率高達73.1%。

該工作提出了一種開發(fā)環(huán)保、低成本、高效率的藍光發(fā)射全無機零維金屬鹵化物的有效策略。研究成果發(fā)表于《德國應用化學》上。相關工作得到國家自然科學基金和國家重點研發(fā)計劃等基金的資助。

9月，實驗室在化學反應的非絕熱勢能面構建中取得新進展，提出了一種新的神經(jīng)網(wǎng)絡方法用來構建包含錐形交叉的非絕熱勢能面。

在物理化學過程中，玻恩-奧本海默近似只有在所研究的電子態(tài)與其他電子態(tài)能量都足夠分離的情況下才有效。而當電子態(tài)出現(xiàn)簡并或者近簡并時，玻恩-奧本海默近似失效。非絕熱過程的動力學模擬原則上可以在絕熱表象中進行，但當體系的電子態(tài)發(fā)生簡并，例如錐形交叉時，電子態(tài)間的耦合會非常強烈，難以在絕熱表象下直接用數(shù)學函數(shù)描述。因此，在非絕熱表象下需要通過構建非絕熱勢能面來處理。此時，體系電子態(tài)間的耦合包含在非絕熱勢能面中，不需要被直接描述，且可大大簡化薛定諤方程。

在該項研究中，研究人員提出了一種高效且精確的神經(jīng)網(wǎng)絡方法，用來擬合構建具有錐形交叉的耦合勢能面。這個方法從概念上簡單清晰，在數(shù)值上僅僅依賴于神經(jīng)網(wǎng)絡函數(shù)，能被人們很直觀地實現(xiàn)和應用。不同于以前的擬合方法，研究人員通過擬合修正的導數(shù)耦合項，能夠精確地描述錐形交叉區(qū)域以及漸近區(qū)的導數(shù)耦合和能量，在全維全域上實現(xiàn)了精確的非絕熱勢能面矩陣的構建。此外，應用該方法至NH3的光解體系，計算得到的動力學結果可以很好地重現(xiàn)實驗結果。該方法能夠拓展到更復雜、多電子態(tài)的體系中，對非絕熱動力學的發(fā)展具有意義。

相關研究成果發(fā)表在《物理化學快報》上。相關工作得到了國家自然科學基金、國家科技部重點研發(fā)計劃、中國科學院先導專項（B）“能源化學轉(zhuǎn)化的本質(zhì)與調(diào)控”的支持。

近年來，在國內(nèi)外科技創(chuàng)新人才競爭愈發(fā)激烈的局勢下，分子反應動力學國家重點實驗室通過多方式、多途徑吸引培養(yǎng)國內(nèi)外優(yōu)秀人才，著力打造科技創(chuàng)新的人才“尖刀連”，如今已形成一支在分子反應動力學基礎科學研究、實驗儀器研制領域享有盛譽的高水平人才隊伍。未來，實驗室將繼續(xù)加強理論與實驗的結合，集結最優(yōu)勢的科研資源和力量，最終孕育出重大的原始創(chuàng)新，推動學科發(fā)展和解決國家重大戰(zhàn)略科學技術問題。