（通讯员 李玮柯）5月16日下午，物电学院在11教学术报告厅举办2025年第六期学术报告，学院全体研究生参与本次活动。本次活动邀请中国科学院大连化学物理研究所孙志刚研究员做客长江大学格物论坛，以反应动力学理论的发展及应用为题，孙老师带来了一场横跨基础理论、方法创新与前沿应用的精彩学术报告。本次报告聚焦量子反应散射动力学的核心挑战，系统梳理了含时波包理论的发展脉络，并重点分享了团队在坐标难题突破、电子角动量调控及新型化学激光研发等领域的原创性成果，为在场师生呈现了化学反应动力学研究的全景画卷。
报告开篇，孙老师通俗阐释了量子分子散射动力学的核心目标，揭示了化学反应中原子、分子的量子态演化规律。他回顾了该领域的关键突破：1986年诺贝尔化学奖得主李远哲团队开发的通用交叉分子束装置，首次实现了化学反应产物振动态的实验观测，为理论模型提供了关键验证数据；结合氢原子里德堡态标记技术，实验精度进一步提升至振转动态联合分辨；在理论层面，含时波包法凭借数值缩放优势逐渐取代非含时方法，但长期受制于“坐标难题”传统雅可比坐标在描述反应物与产物的不同渐近态时，需在超大计算域内处理坐标变换带来的导数不连续问题，导致计算效率低下。
针对这一国际难题，孙老师团队提出区域分解含时波包法，通过“分而治之”的策略实现关键突破：将反应空间划分为相互作用区与渐近区，在渐近区分别采用适配反应物和产物的雅可比坐标，在相互作用区引入超球坐标平滑过渡，避免单一坐标在宽域内的失效问题；结合高阶有限差分法精确计算边界导数，利用分裂算符法实现波包高效传播。以F+HD反应为例，传统RCB方法需在110bohr的单一域内计算，而IARD通过三域协同，将计算域扩展至560bohr，首次实现了平动能低至1meV的超冷反应精确模拟，反应概率计算误差小于1%。IARD方法在无势垒反应、离子反应（D⁺+H₂）及插入反应（S+H₂）中均展现出显著优势。
除了坐标方法的革新，孙老师团队还揭示了电子角动量在化学反应中的独特作用：在Cl(²P₃/₂)+H₂与Cl(²P₁/₂)+H₂反应中，实验发现激发态Cl原子（²P₁/₂）的反应活性反而高于基态。理论计算表明，电子自旋轨道耦合打破了传统波恩-奥本海默近似，通过分波“精细结构”调控反应路径。例如，F(²P₁/₂)+HD反应中，产物HF (v=2)的前向散射振荡结构因电子角动量的引入而显著改变，分波共振态分裂为四重简并态，证实了电子自由度对反应动力学的深层影响。团队与实验团队合作，通过交叉分子束技术测量了F+HD→HF (v=2,j=3)的微分截面，理论计算与实验结果在峰位、振荡周期等关键参数上高度吻合，首次在量子态分辨层面验证了电子角动量调控的动力学机制。
报告的应用篇章聚焦高能化学激光的核心挑战：现有HF化学激光存在体积庞大、大气窗口不匹配、连续输出攻击性不足等缺陷。孙老师团队提出“固气结合”新型激光概念，通过设计固态氟化物与气态氢源的可控反应，实现脉冲式高能激光输出，有望将装置体积缩小至传统设备的1/5。基于反应动力学理论，团队发现通过调控产物HF的振-转态分布，可将激光输出波长精准锁定在2.7μm大气窗口，同时利用分波共振效应提升能量转换效率，理论预测峰值功率较传统设计提升3个数量级。
最后，孙老师指出，反应动力学正从“单一分子反应”向“复杂体系动态模拟”的跨越：IARD方法正拓展至四原子体系，通过引入超球坐标与区域分解技术，成功模拟产物H₂O的振动态阈值共振现象，为燃烧化学与大气化学研究提供新工具。团队正探索将人工智能与量子计算嵌入动力学模拟，例如利用深度学习加速势能面构建，结合量子算法优化波包传播路径，有望突破传统计算的算力瓶颈。针对CO₂的化学转化难题，团队正开展电子角动量调控下的CO₂活化反应研究，试图通过理论设计开发高效催化剂，为碳循环技术提供动力学依据。
这场兼具深度与广度的报告，不仅展现了反应动力学领域的学术魅力，更凸显了基础研究与技术创新的紧密联动。正如孙老师在结语中所言：“从分子碰撞的量子奥秘到激光武器的工程实现，动力学理论始终是连接微观世界与宏观应用的桥梁。”随着IARD等新一代方法的成熟，化学反应动力学正迎来更具想象力的研究范式，为能源、材料、环境等领域的突破提供源源不断的理论动能。
（审核 王宁 编辑 张兵）
