
學歷:博士研究生
學科:物理化學
電話:0411-84379651
郵箱:zsun@dicp.ac.cn
地址:遼寧省大連市中山路457號
郵編:116023
孫志剛,1978年生,2000年于大連理工大學獲學士學位,2005年于我所獲博士學位,博士畢業(yè)后先后在新加坡國立大學、新加坡南洋理工大學和美國杜克大學從事博士后研究,于2010年6月回所工作。
孫志剛研究員的主要研究內(nèi)容,是量子反應動力學理論和計算方法發(fā)展的理論研究工作,以及新型超大功率化學激光的設計和發(fā)展。研究工作的特點是側重基礎理論和計算方法的發(fā)展和分子動力學新現(xiàn)象的研究,新型燒結材料的設計和激光器原理的發(fā)展,并與實驗研究緊密合作。在過去研究工作中,孫志剛研究員采用含時量子波包方法,發(fā)展了一系列產(chǎn)物量子態(tài)分辨的量子反應散射動力學理論。同時,針對求解分子力學的含時薛定諤方程,發(fā)展了一些高效率、高精度的數(shù)值計算方法,大大擴展了量子含時波包方法的研究對象。
已在國際學術期刊發(fā)表SCI收錄論文100余篇,其中包括8篇Science論文(其中5篇是共同通訊作者),2篇Nat. Chem.論文(均為共同通訊),1篇Nat. Commun. 論文,3篇PNAS論文,2篇JACS論文,2篇Phys. Rev. Lett.論文,2篇J. Phys. Chem. Lett. 論文,1篇Rep. Prog. Phys.論文等,另外有2篇專著章節(jié)發(fā)表。
? ? ? 分子反應動力學的研究,是從微觀原子分子層次上分析和研究化學反應的機理,是從化學反應產(chǎn)物的量子態(tài)分辨的細節(jié)上研究化學反應過程,從而獲得化學反應普遍性的規(guī)律。它是化學學科的基礎,是聯(lián)系物理和化學學科的橋梁。研究分子反應動力學,本質上是研究兩束具有確定量子態(tài)(確定的振動態(tài)、轉動態(tài)以及動能)的粒子通過碰撞而發(fā)生反應散射的過程,是研究碰撞過程中新的化學鍵形成和舊的化學鍵斷裂的過程。微觀粒子具有波粒二象性,因此理論上研究基元化學反應動力學,我們多采用量子力學原理,采用高精度的數(shù)值計算方法,去模擬反應散射過程。
? ? ? 化學反應動力學的研究,是研究分子體系中原子核的運動。但是我們知道,原子和分子是由電子和原子核通過合適的方式組合而成。原子核運動的同時,電子也會同時跟著運動。在理論模擬時,采用量子力學原理,同時高精度描述化學反應中的原子核和電子的運動,就目前的計算能力來說是不可能的。但我們知道,電子和原子核的質量差別比較大(~1:1800), 因此可以把原子核和電子運動分別來處理,也就是采用有名的波恩-奧本海默近似。采用波恩-奧本海默近似之后,就出現(xiàn)了勢能面的概念。勢能面是原子核間距的函數(shù),描述了隨著原子核間距的變化而產(chǎn)生的分子體系勢能的改變,其特定決定了化學反應動力學的特征,是反應動力學研究的基礎。

H+H2反應中勢能面上的錐形交叉及其反應雙路徑干涉機制
? ??通過對分子反應動力學的研究,我們可以理解,比如說,化學反應物初始態(tài),比如說,振動態(tài)和轉動態(tài)以及動能大小,是如何影響化學反應的;反應勢壘上的過渡態(tài)是如何控制化學反應進程的;反應散射共振態(tài)普遍性如何,反應散射共振態(tài)又是如何影響化學反應產(chǎn)物分布的;化學反應中的量子幾何相位效應是如何體現(xiàn)的。這些因素都是可以在不同程度上影響化學反應進程。研究并獲得這些規(guī)律,對于我們進一步控制化學反應有重要的意義。
? ? ? 在分子動力學領域,反應動力學的研究是最復雜的。因為化學反應的發(fā)生時,是盡管反應物的初始態(tài)是確定的,但是發(fā)生碰撞反應那一刻時,相互碰撞的兩個粒子之間的距離是沒有辦法控制的。因而,實際實驗上觀測到的反應散射的產(chǎn)物,是在一系列不同碰撞參數(shù)下發(fā)生碰撞反應散射而平均的結果(這是采用經(jīng)典力學語言的陳述。用量子力學語言來講,則是不同分波發(fā)生反應散射而平均的結果)。描述這樣的過程,不僅對理論有比較高的要求,而且有很多特別的動力學現(xiàn)象,也都被平均掉了,難以在實驗中觀測到。因此,我們同時也對激光所誘導的光解動力學進行研究。
? ? ? 光解反應動力學可以看作半個反應散射過程,因為其初始態(tài)是通過激光激發(fā)產(chǎn)生的,散射態(tài)只涉及光解產(chǎn)物,它不像反應散射過程那樣同時涉及反應物和產(chǎn)物的散射態(tài)描述。因而理論模擬相對來說簡單些,而且光解動力學結果也比較容易解釋,不涉及多個分波的平均效應。這類研究多側重于分子的激發(fā)態(tài)動力學過程。這類研究過程,對于理解大氣光化學以及星際空間化學過程,十分重要。
實際化學反應的發(fā)生,很多是在固體表面以及液體中進行的。因此,研究分子和表面的相互作用以及表面上的分子之間的相互作用,也具有非常重要的意義。這類研究和異相催化過程十分相關。
? ? ? 化學反應動力學的研究,以及分子反應動力學國家重點實驗室的建立,很大程度上是由化學激光的研究孕育而來?;瘜W反應動力學的研究對于理解、控制和提升高能化學激光的性能具有十分重要的意義。在如今國際形勢下,這類研究愈顯重要。歡迎廣大有志學生咨詢并參與到我們研究組的工作中來!
(1)?中組部“中青年創(chuàng)新人才計劃“?(2019)
(2)?國家自然科學基金委“杰出青年基金”(2018)
(3)??"張存浩“化學動力學青年科學家獎,?一等獎?(2015)
(4)?萬人計劃“青年拔尖”人才支持,??(2015)
(5)?國家自然科學獎 二等獎 (2015)
(6)?遼寧省自然科學獎 一等獎?(2014)
(7)?第一屆唐敖慶青年理論化學家獎,?(2013)
(8)?第五屆大連市青年科技獎?(2013)
(9)?國家自然科學基金委“優(yōu)秀青年基金”(2012)
(10)?中國百篇優(yōu)秀科技論文獎?(2007)
(11)?中科院優(yōu)秀博士論文?(2006)
(12)?中科院院長優(yōu)秀獎?(2004)
(13)?大連化學物理研究所人才貢獻獎?(2004)
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)
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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)
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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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11. Daofu Yuan; Yin Huang; Wentao Chen; Hailin Zhao; Shengrui Yu; Chang Luo; Yuxin Tan; Siwen Wang; Xingan Wang*, Zhigang Sun*, Xueming Yang,?Observation of the geometric phase effect in the H+HD →?H2+D reaction below the conical intersection, Naure Communications, 11, 3640-3647 (2020)
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12. Wentao Chen; Ransheng Wang; Daofu Yuan; Hailin Zhao; Chang Luo; Yuxin Tan; Shihao Li; Donghui Zhang; Xingan Wang*; Zhigang Sun*; Xueming Yang*, Quantum interference between spin-orbit split partial waves in the F plus HD →?HF plus D reaction, Science, 371, 936-941 (2021)
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