本项目将发展研究非绝热化学反应动力学和计算反应速率常数的理论方法,并解决用于处理复杂分子体系动力学过程中的数值计算问题。课题具体将发展分别用于计算中小分子和复杂体系(凝聚相)热速率常数的两种方法(1)利用映象技术将非绝热多势能面投影为单势能面,通过申请者及合作者提出的量子瞬子方法得到非绝热量子瞬子理论;(2)结合Zhu-Nakamura理论,表面之间跳跃(surface hopping)技术和过渡态理论发展一个非绝热分子动力学过渡态理论。理论方法将用于与生物和化学相关的复杂体系中的电荷转移等过程的速率常数的计算。课题也将发展的动力学方法用于研究电子自旋-轨道耦合的禁戒跃迁,分子电子激发态的猝灭等非绝热化学动力学过程。由于课题采用的方法中将有效考虑量子隧道效应,能够弥补现有理论的不足。因此,课题的完成将给出一种研究中小分子和复杂体系动力学速率常数和动态过程的全新方法。
本项目主要发展研究非绝热化学反应动力学和反应速率的理论方法,并解决理论应用于处理复杂分子体系动力学过程中的数值计算问题。课题较好地完成了预期目标,并进一步扩展提出了研究溶液中电子转移的新的理论方法。课题主要完成内容包括(1)发现了量子瞬子理论与变分过渡态理论的关系,并用于研究H+SiH4反应和它的同位素效应。(2)结合Zhu-Nakamura理论、表面之间跳跃(surface hopping)技术和过渡态理论发展了一个非绝热分子动力学速率理论,克服了传统理论中没有包含核隧道效应的缺陷。(3)结合散射理论和Kramers理论提出了研究非绝热化学反应的Kramers-like理论。(4)把Sumi-Marcus理论推广到研究任意电子耦合强度下的电子转移。 总之课题提出了研究非绝热动力学及速率过程中的几种新的理论方法,弥补了该领域研究的不足,方法已成功地解释了其他理论很难解释的实验结果。有望在将来研究工作中能够推广发展的理论到解释更多的实验结果。上述研究成果已在相关领域内的国际重要刊物上发表13篇论文。同时在课题完成过程中建立了较广泛的国际合作和交流,培养了一批攻读博士和硕士学位的研究生。