如何精确调控化学反应是化学科学研究的核心目标之一。近日，中国科学院大连化学物理研究所杨学明院士、肖春雷研究员实验团队联合张东辉院士、张兆军副研究员理论团队，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。相关成果日前在国际学术期刊《科学》发表。
立体动力学效应是化学反应中一个基础而重要的问题，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。例如，氢分子由两个氢原子通过共价键连接形成，就像一个“哑铃”。当另一个反应物与氢分子发生碰撞时，它从氢分子的一端发起攻击，或者直接攻击氢分子的共价键，这两种情况的反应几率和相应的动力学过程可能会表现出明显的差别。一直以来，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。
氢分子参与的基元化学反应是研究立体动力学效应的理想模型。但一直以来，人们难以在实验上制备足够数量的具有特定取向的氢分子，因此难以开展相关研究。
针对这个挑战，杨学明、肖春雷实验团队研制了高能量、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。实验团队仔细测量了在三个碰撞能量下，两种不同构型的氢氘分子与氢原子的反应结果，发现产生的氢分子的量子态和散射角度分布存在显著的立体动力学差异。张东辉、张兆军理论团队详细分析了该反应中的立体动力学效应，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，我们只能有一定的概率抽取到想要的结果。”张东辉说，“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，直接得到自己想要的结果。”
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