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研究方向

化学反应的计算模拟和理论预测

学术带头人:刘智攀教授(简介)  徐昕教授简介

    研究化学反应的基础理论方法。化学反应理论的基础是反应动力学,如过渡态理论。对反应进行过渡态搜寻,频率分析,计算反应前后自由能的变化,一直是这个领域的一个关键计算步骤。然而,当前遇到的主要问题是,对于复杂反应体系,过渡态的计算相当耗时,导致不能对整个反应的势能面进行全面扫描,从而不能对整个催化过程进行全面描述,无法很好与实验所关心的活性与选择性进行细致对比。探索反应动力学中的新方法和算法,如过渡态优化程序,约束分子动力学都是当前的国际热点研究方向。另外,在相对宏观的层次,化学反应理论还涉及到采用经典动力学或结合统计热力学蒙特卡罗方法来研究反应动力学,并由此寻找速控步,以及影响选择性的关键反应步。这些方面的研究,也需要考虑如何在理论上提高效率和在数学算法上的更好并行处理,比如处理和近似反应中的多体相互作用势能函数,大规模并行化处理动力学蒙特卡罗方法等。
    究复杂外界条件对化学反应调控的理论方法。如何提高化学反应的选择性和活性是化学的基本问题。化学中,常常采用的办法是引入特殊的外界条件,如将原本的固、气相反应转移到固、液相反应,通过控制溶液的极性,离子强度等对化学反应进行调控。又比如,引入电场,在电化学的条件下,通过控制电压,表面电荷密度来调控金属表面催化。当前的理论化学研究在以上的固、液界面体系,电化学等体系中都遇到了极大的挑战。一种当前较为流行的办法是采用如QM/MM的办法,结合量子力学和分子力学方法,引入外界条件,并采用分子动力学等模拟手段。目前,如何在理论模型上尽可能地模拟真实条件,如何使得计算结果具有第一性原理计算的精度,以及如何得到合理的统计结果是这些领域的研究热点。  


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