中文摘要：

态-态分子反应动力学就是从最为基本的原子、分子层次上细致地研究基元化学反应的过程从而认识化学反应的本质。立体反应动力学主要研究基元化学反应过程中的矢量性质，这样可发现并弥补仅仅关注标量性质时丢失的许多动力学信息，从而提供更完整的反应动力学图像。目前国际上对复杂的多原子反应体系如H/O/Cl+CH4反应的量子态相关的立体反应动力学研究非常少。本项目中我们将综合利用交叉分子束+共振多光子电离+切片离子成像等技术在超高真空条件下研究H/O/Cl+CH4反应体系的态-态立体动力学性质。同时在理论方面将分别利用准三体近似扩展LEPS势能面上的准经典轨线计算，多维解析型势能面上的动力学计算，及直接动力学方法研究这些体系反应过程中的态相关的矢量动力学性质。理论与实验结合，深入研究H/O/Cl+CH4反应的机理。本项目的完成，将从实验与理论两方面为复杂多原子反应体系的立体反应动力学研究提供系统的研究方法。

结论摘要：

化学反应是化学的灵魂，了解化学反应的本质进而控制化学反应是每个化学家的梦想。态-态分子反应动力学就是从最基本的原子与分子层次细致的研究化学反应的过程从而认识化学反应的本质。立体反应动力学主要研究基元化学反应过程中的矢量性质，这样可以发现并弥补仅仅关注标量性质时丢失的许多动力学信息，从而提供更完整的反应动力学图像。在本项目中我们综合利用交叉分子束+共振多光子电离+切片离子成像技术在超高真空条件下研究了H/O/Cl+CH4反应体系态-态反应动力学性质。利用上述技术研究O(1D) + CD4 → OD + CD3反应发现，随着散射能变化，前向后向散射的性质显著不同，这些不同来源于基态和激发态势能面上的插入与夺取反应机理。相关研究成果发表在J. Phys. Chem. Lett.（3, 1310, 2012）。理论方面，分别利用准三体近似扩展LEPS势能面上的准经典轨线计算，多维解析型势能面上的准经典轨线计算，及直接动力学方法详细研究了H/O/Cl+CH4反应体系的反应动力学。在项目执行过程中，我们得到的最有价值的结论是对于单原子与甲烷分子反应这类复杂多原子分子反应体系，通常认为多维准经典轨线和直接动力学计算因为考虑了所有原子之间的相互作用，得到的反应动力学计算结果应该比准三体近似更精确。但我们的研究发现准三体近似得到的结果比多维准经典轨线和直接动力学计算得到的结果更符合实验结果。该结论最近也被国际同行证实（J. Phys. Chem. A 116，5026，2012）。众所周知拟合多原子反应的多维势能面是项十分困难的工作，需要花费大量的时间去寻求合适的势能函数和拟合参数，而直接动力学计算虽然省略了拟合势能面的困难，但在轨线运行的每一步都要计算一次能量点，因此计算量非常大，需要耗费大量的计算资源。而准三体近似无论是势能面的拟合还是动力学计算的计算量都相对简单，因此如果准三体近似能够得到足够精确的反应动力学信息，今后对这类复杂体系的进一步研究就可以集中于准三体近似，从而节约大量的人力物力财力。项目执行过程中在国内外核心期刊发表论文14篇（SCI 收录12篇，另2篇发表在新创刊国外期刊暂未被SCI收录），培养博士后1名，博士生12名，硕士生4名。多人次参加国际国内会议，邀请多人次国内外专家来访，开展了广泛的国内外合作交流。