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孙志刚 研究员;万人;杰青;优青

学历:博士研究生

学科:无

电话:0411-84379651

邮箱:zsun@dicp.ac.cn

地址:辽宁省大连市中山路457号

邮编:116023

简历介绍

     孙志刚,1978年生,2000年于大连理工大学获学士学位,2005年于我所获博士学位,博士毕业后先后在新加坡国立大学、新加坡南洋理工大学和美国杜克大学从事博士后研究,于2010年6月回所工作。

     孙志刚研究员主要从事量子反应动力学理论和计算方法发展的理论研究工作。研究工作的特点是侧重基础理论和计算方法的发展,同时与实验紧密合作。在过去研究工作中,孙志刚研究员采用含时量子波包方法,发展了一系列态-态分辨的反应散射动力学理论。同时,针对含时量?子波包方法发展了一些高效率的计算方法,扩展了量子波包方法的研究范围。申请人利用所发展的量子反应波包方法,结合交叉分子束实验,研究了F + H2/HD/D2, H + HD, Cl + HD, O + O2, Cl + H2O和OH/OD + H2等典型气相反应体系,获得了一些较有学术价值的研究成果。已在国际学术期刊发表SCI收录论文100余篇,其中包括7篇Science论文(其中四篇是共同通讯作者),2篇Nat.Chem.论文(共同通讯),3篇PNAS论文(一篇第一作者),2篇JACS论文,1篇Phys. Rev. Lett.论文,1篇J. Phys. Chem. Lett. 论文,1篇Rep. Prog. Phys.论文等,另外有2篇专著章节发表。

研究方向

    分子反应动力学的研究,是从微观原子分子层次上分析和研究化学反应的机理,是从化学反应产物的量子态分辨的细节上研究化学反应过程,从而获得化学反应普遍性的规律。它是化学学科的基础,是联系物理和化学学科的桥梁。研究分子反应动力学,本质上是研究两束具有确定量子态(确定的振动态、转动态以及动能)的粒子通过碰撞而发生反应散射的过程,是研究碰撞过程中新的化学键形成和旧的化学键断裂的过程。微观粒子具有波粒二象性,因此理论上研究基元化学反应动力学,我们多采用量子力学原理,采用高精度的数值计算方法,去模拟反应散射过程。

    化学反应动力学的研究,是研究分子体系中原子核的运动。但是我们知道,原子和分子是由电子和原子核通过合适的方式组合而成。原子核运动的同时,电子也会同时跟着运动。在理论模拟时,采用量子力学原理,同时高精度描述化学反应中的原子核和电子的运动,就目前的计算能力来说是不可能的。但我们知道,电子和原子核的质量差别比较大(~1:1800), 因此可以把原子核和电子运动分别来处理,也就是采用有名的波恩-奥本海默近似。采用波恩-奥本海默近似之后,就出现了势能面的概念。势能面是原子核间距的函数,描述了随着原子核间距的变化而产生的分子体系势能的改变,其特定决定了化学反应动力学的特征,是反应动力学研究的基础。

H+H2反应中势能面上的锥形交叉及其反应双路径干涉机制

    通过对分子反应动力学的研究,我们可以理解,比如说,化学反应物初始态,比如说,振动态和转动态以及动能大小,是如何影响化学反应的;反应势垒上的过渡态是如何控制化学反应进程的;反应散射共振态普遍性如何,反应散射共振态又是如何影响化学反应产物分布的;化学反应中的量子几何相位效应是如何体现的。这些因素都是可以在不同程度上影响化学反应进程。研究并获得这些规律,对于我们进一步控制化学反应有重要的意义。

    在分子动力学领域,反应动力学的研究是最复杂的。因为化学反应的发生时,是尽管反应物的初始态是确定的,但是发生碰撞反应那一刻时,相互碰撞的两个粒子之间的距离是没有办法控制的。因而,实际实验上观测到的反应散射的产物,是在一系列不同碰撞参数下发生碰撞反应散射而平均的结果(这是采用经典力学语言的陈述。用量子力学语言来讲,则是不同分波发生反应散射而平均的结果)。描述这样的过程,不仅对理论有比较高的要求,而且有很多特别的动力学现象,也都被平均掉了,难以在实验中观测到。因此,我们同时也对激光所诱导的光解动力学进行研究。

    光解反应动力学可以看作半个反应散射过程,因为其初始态是通过激光激发产生的,散射态只涉及光解产物,它不像反应散射过程那样同时涉及反应物和产物的散射态描述。因而理论模拟相对来说简单些,而且光解动力学结果也比较容易解释,不涉及多个分波的平均效应。这类研究多侧重于分子的激发态动力学过程。这类研究过程,对于理解大气光化学以及星际空间化学过程,十分重要。

实际化学反应的发生,很多是在固体表面以及液体中进行的。因此,研究分子和表面的相互作用以及表面上的分子之间的相互作用,也具有非常重要的意义。这类研究和异相催化过程十分相关。

    化学反应动力学的研究,以及分子反应动力学国家重点实验室的建立,很大程度上是由化学激光的研究孕育而来。化学反应动力学的研究对于理解、控制和提升高能化学激光的性能具有十分重要的意义。在如今国际形势下,这类研究愈显重要。欢迎广大有志学生咨询并参与到我们研究组的工作中来!

职务
社会任职
获奖及荣誉
 
代表论著

1. Minghui Qiu ; Zefeng Ren ; Li Che; Dongxu Dai; S. A. Harich; Xiuyan Wang; Xueming Yang* ; Chuanxiu Xu; Daiqian Xie* ; M. Gustafsson; R. T. Skodje*; Zhigang Sun ; Donghui Zhang*; Observation of Feshbach resonances in the F+H2 → HF+H reaction , Science, 311(5766): 1440~1443 (2006)

2. Xingan Wang ; Wenrui Dong; Chunlei Xiao; Li Che; Zefeng Ren; Dongxu Dai; Xiuyan Wang; P. Casavecchia; Xueming Yang *; Bin Jiang; Daiqian Xie* ;Zhigang Sun; Soo-Y. Lee; Dong H. Zhang* ; H.-J. Werner; M. H. Alexander*, The extent of non-Born-Oppenheimer coupling in the reaction of Cl with para-H2 , Science, 2008, 322(5901): 573~576

3. Chunlei Xiao ; Xin Xu ; Shu Liu; Tao Wang; Wenrui Dong; Tiangang Yang; Zhigang Sun; Dongxu Dai; Xin Xu; Dong H. Zhang* ; Xueming Yang*, Experimental and Theoretical Differential Cross Sections for a Four-Atom Reaction: HD+OH → H2O+D, Science, 333(6041): 440~442 (2011)

4.  Tao Wang ; Jun Chen ; Tiangang Yang; Chunlei Xiao* ; Zhigang Sun*, Long Huang; Dongxu Dai; Xueming Yang ; Donghui Zhang* , Dynamical Resonances Accessible Only by Reagent Vibrational Excitation in the F + HD→HF + D Reaction, Science, 342(6165): 1499~1502 (2013)

5.  Tiangang Yang ; Jun Chen ; Long Huang; Tao Wang; Chunlei Xiao*; Zhigang Sun* ; Dongxu Dai; Xueming Yang*; Donghui Zhang* , Extremely short-lived reaction resonances in Cl + HD ( v = 1) → DCl + H due to chemical bond softening, Science, 347(6217): 60~63 (2015)

6. Daofu Yuan ; Shengrui Yu ; Wentao Chen; Jiwei Sang; Chang Luo; Tao; Wang; Xin Xu; Piergiorgio Casavecchia; Xingan Wang*; Zhigang Sun*; Donghui Zhang*; Xueming Yang* , Direct observation of forward-scattering oscillations in the H+HD→H2+D reaction, Nature Chemistry 10, 653 (2018)

 

7. Daofu Yuan; Yafu Guan; Wentao Chen; Hailin Zhao; Shengrui Yu; Chang Luo; Yuxin Tan; Ting Xie; Xingan Wang*; Zhigang Sun*; Dong H. Zhang*; Xueming Yang*, Observation of the geometric phase effect in the H+HD→H2 +D reaction, Science 362, 1289 (2018)

8. Hailin Zhao; Umair Umer; Xixi Hu*; Daiqian Xie; Zhigang Sun*, An interaction-asymptotic region decomposition method for general state–to- state?reactive scatterings, Journal of Chemical Physics, 150, 134105 (2019)

9. Tiangang Yang, Long Huang, Chunlei Xiao, Jun Chen, Tao Wang, Dongxu Dai, Francois Lique, Millard H. Alexander*, Zhigang Sun*, Dong H. Zhang, Xueming Yang*  Daniel M. Neumark*, Enhanced reactivity of flourine with para-hydrogen in cold interstellar clouds by resonance-induced quantum tunneling, Nature Chemistry 11, 744~749 (2019)

10. Yurun Xie, Hailin Zhao, Yufeng Wang, Yin Huang, Tao Wang, Xin Xu, Chunlei Xiao*, Zhigang Sun*, Dong H. Zhang*, Xueming Yang*, Science, 368, 767~771 (2020)

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