本项目将发展研究含重元素复杂大分子体系的理论和计算方法(1)把相对论效应和电子交换相关作用结合起来考虑,探寻新的能量密度泛函公式,力求所得公式对轻元素和重元素(特别是重过渡金属和镧系、锕系元素)均有足够高的计算精度;(2)把密度泛函理论方法推广应用于含过渡金属和镧系、锕系元素化合物电子多重态结构的计算;(3)发展针对含重元素大体系计算的相对论-非相对论杂化计算方法;(4)发展大体系的分区算法,对于很大的体系是一种线性标度算法;(5)发展对复杂大体系的重要局部进行高精度密度泛函计算的方法;(6)在上述研究工作的基础上,研究一些重要化学反应过程的机理。发展含重元素复杂大体系的高精度计算方法,是当前量子化学研究中的挑战性课题,其研究成果将使理论化学对实际化学问题的处理能力大为提高,从而在推动化学发展中起更大作用。本项目力图在这一挑战性研究领域中做出有重要意义的贡献,在国际竞争中占据一席之地。
本项目在相对论电子结构和核磁性质理论、电子激发态方法、大体系线性标度算法、非绝热化学反应动力学和速率常数理论等方面做出了系统性、原创性的研究工作,部分研究成果处于国际领先水平。具体如下(1)提出了一个全新的既简单又精确的相对论量子力学方程。该方程将Dirac方程和Schr?dinger方程有机地联系起来,是概念上的一大突破,必将对量子力学计算领域产生深远的影响。(2)提出了全新的核磁性质相对论理论,解决了该领域中长达45年悬而未决的重大难题,使该领域的研究前进了一大步。(3)发展了国际上第一个相对论含时密度泛函线性响应理论,为研究重元素体系激发态电子结构和动力学开辟了新的路径。(4)发展了新的分区算法和线性标度算法,提高了量子化学对大体系基态与线性响应性质的计算能力。(5)发展了高效求解含时HF、KS方程的方法,系统地研究了分子在强外场作用下的运动规律。(6)提出了新的研究非绝热化学反应和电子转移的量子动力学方法和速率常数计算方法,克服了前人工作的不足。