精确控制分子化学键方向，让化学反应不再“抽盲盒”

北京日报客户端 | 记者 刘苏雅

精确调控化学反应，是化学科学研究的核心目标之一。围绕在原子、分子尺度和量子态等微观水平层面进一步发展精确调控化学反应的原理和方法，中国科学院大连化学物理研究所科研团队在这一研究方向上取得重要进展，通过控制分子化学键方向，实现了化学反应的立体动力学精准调控。相关成果1月13日以长文形式发表在《科学》杂志上。

化学反应的实质是原子、分子等微观粒子相互碰撞并引发旧化学键断裂、新化学键形成的过程。立体动力学效应是化学反应中一个基础而重要的问题，其关注的是碰撞过程中反应物分子的空间取向对反应过程有何影响。

“比如说氢分子，它是最简单的分子，由两个氢原子通过共价键连接形成，就像一个‘哑铃’。当其他反应物与氢分子发生碰撞，它既可能攻击氢分子的一端，也可能直接攻击氢分子的共价键。”中科院院士、中科院大连化物所研究员张东辉举例道，这两种情况的反应几率和相应的动力学过程，就可能表现出明显的差别。如何利用化学反应中的立体动力学效应，实现对化学反应过程和结果的精细控制，是化学动力学研究中的前沿问题之一。

氢分子结构简单，是理想的研究模型，但制备数量足够且具有特定取向的氢分子是一个难题。科研团队研制了高能量、单纵模纳秒脉冲光参量振荡放大器，实现了对氢分子的立体动力学调控，并开展非绝热量子动力学模拟，精确重现了实验所观测到的现象，揭示了量子干涉现象在垂直碰撞构型反应中发挥的重要作用。

“之前的化学反应研究可能像‘抽盲盒’，它是由本来的量子属性决定好的，科研人员不能随便控制，我们只有一定的概率抽取到想要的结果。但现在我们可以通过精确控制，激发特定化学键并控制它的方向，直接得到预期结果。”张东辉说。通过高精度的实验和理论研究，科研团队验证了通过氢分子量子态空间取向的操控，可以对化学反应进行精细调控。