记者 杨琪 发布时间：2013-08-20

　　来源：中国科学报

　　研究人员正利用OPO激光器在交叉分子束—里德堡氢原子飞行时间谱仪器上，进行分子振动激发态的反应动力学实验研究。

　　工作日的8小时之外再加上周末双休日，张东辉总是将休息时间也用来做理论研究；杨学明则带领团队不仅研制出世界级的高水平实验仪器，并且突破难点，使得一系列的实验成功地与张东辉团队所计算出的理论高度吻合。这支队伍精诚合作，连连发表高水平学术论文，他们所在的实验室已成为国际上重要的化学动力学研究中心。

　　“嗡嗡……”打开分子反应动力学国家重点实验室（以下简称实验室）中的一个房间，瞬间你便被低沉又厚重的实验设备轰鸣声包围住。

　　这里更像是一个“多线条”的世界——数不清的各种线缆“盘桓”在房间顶部的架子上，如果不在这里呆上几个年头，恐怕很难搞清楚这些线缆的“来龙去脉”。与此同时，有的仪表闪烁着灯光，电脑在不停运算，实验课题紧锣密鼓地进行着。

　　“正是在这台交叉分子束上，最近我们作出了一个非常好的结果。”张东辉指着其中一台仪器向《中国科学报》记者说。这位中国科学院大连化学物理研究所（以下简称大连化物所）的研究员是该实验室的副主任，得到结果后，他兴奋不已。

　　看着房间中大大小小的实验仪器，张东辉说：“这些仪器都是杨学明院士带领团队研制出的世界级高水平实验仪器。他们通过这些仪器进行高分辨交叉分子束实验。而我们的理论计算结果就是和他们的实验测量进行直接比较。过去数年中，我们在一系列研究中取得了理论与实验的高度吻合。”

　　正是这样的精诚合作，该实验室近10年来，多项成果获得奖励，并发表论文近700篇，其中《科学》文章7篇，《自然》文章1篇，其已成为国际上重要的化学动力学研究中心。

　　会动脑更擅长动手

　　“如果实验室里的仪器不行，那就难以取得准确的实验结果。”张东辉说。

　　听起来这是一条最基本、简单的常识，但在我国基础科研领域中却束缚着科技进步。因此，动手制作科研仪器，成为解决这一难题最为实用的办法之一。

　　去年，该实验室主任、中国科学院院士杨学明带领表面光化学反应动力学小组，利用自行研制的基于高灵敏度质谱的表面光化学装置，系统研究单分子层（ML）甲醇覆盖的TiO2（110）在紫外光照射后的反应动力学过程，并取得新进展。

　　该成果在二氧化钛的光催化产氢研究中具有重要意义。通过对甲醇在TiO2（110）产氢机理的深入理解，可以此为基础进一步研究和分析金属掺杂二氧化钛光催化剂的光催化产氢过程，并能为新型催化剂的发展提供线索。

　　再例如，对原子、分子的探测是物理化学研究的基础，但受现有仪器设备限制，大多数分子和自由基难以被单光子电离，这使得不少研究无法深入，成为困扰科研工作者的一大难题。

　　对此，总预算达1.4亿元的国家重大科研仪器设备专项“基于可调极紫外相干光源的综合实验研究装置”已在大连启动。它将成为国际上唯一一套工作在50～150纳米区间且波长可调的全相干高亮度的自由电子激光器。

　　杨学明正是该项目的总负责人。他曾表示，该装置的研制将极大提升我国在能源等相关基础科学领域的实验水平，并极有希望成为国际上相关领域的一个重要研究基地。

　　据了解，装置计划将于2015年年底前建成，且会在全国实现仪器共享，可应用于物理、化学、生物、能源等多个领域。

　　目前，杨学明自己设计制造的科学仪器已达7台，成为该实验室开展科研工作的重要平台。

　　“只有理论或实验都是不行的”

　　一直以来，张东辉致力于化学反应动力学理论与计算方法的发展。另一方面，杨学明在实验方面达到世界一流水平，“实验加理论，我们在这两方面结合得非常完美”。

　　3年前，杨学明带领研究组利用里德堡态氘原子飞行时间谱技术对F（2P3/2）+ HD（j=0）反应进行了极高分辨的交叉分子束反应动力学研究。

　　实验结果清晰显示，产物HF（v′=2，j′=6）的后向微分散射截面随碰撞能变化呈振荡结构。全量子散射理论计算结果清楚地表明实验测得的振荡峰来自于F+HD→HF+D反应中J=12、13和14三个费希巴赫（Feshbach）共振态分波的贡献。

　　“实际上，理论上看似简单的东西，实验的过程却异常艰辛。”张东辉回忆道。那时，他带领团队已在理论层面计算出结果，等待实验数据出来进行验证。

　　可在实验初期，科研人员告诉张东辉实验做不出来，“但是他们并没有放弃”。

　　“为此，杨学明研究小组设计了一个世界上最高分辨的交叉分子束散射实验。他们将两个分子束源同时冷却到液氮的温度下（零下196摄氏度），使实验的能量分辨率到达了前所未有的水平。”张东辉说。

　　半年之后，一位科研人员兴奋地找到张东辉说已经看到一个信号。“进一步观测后，我们发现，这条曲线移动了0.03kcal/mol后，理论预测与实验结果完全吻合。”如今回忆起当时的情景，张东辉依然兴奋不已。

　　这是国际上首次在实验上观测到化学反应过渡态的转动量子结构。理论计算和实验结果的差别小于0.03 kcal/mol，表明理论计算的精确度已经远远超越了1 kcal/mol的化学精度，完全达到光谱精度。

　　“如果只有理论或是实验都是不行的，两者的相互作用推动了这一系列共振研究的发展。我们通过实验与理论的对比，已发表了数篇高水平论文。”张东辉说。

　　“二十出头”正当年

　　现在，该实验室有研究人员66名，包括中国科学院院士张存浩、何国钟、沙国河、杨学明。实验室现有在读硕、博研究生百余名。

　　“在杨学明院士的带领和指导下，他的学生也迷上了自己动手。”张东辉说。例如，在实验室里，目前使用的气体HD（氢气）正是这里的学生自己动手制作的。

　　张东辉表示，与一些同类国内外实验室相比，该实验室体量并不算大，但是他们却做得非常精、非常有特色。

　　实际上，该实验室“20岁出头”，正“年轻力壮”，她也是我国该研究领域唯一的国家重点实验室。

　　早在1993年，《科学》就指出：大连是化学物理的温床，因为中科院大连化物所有分子反应动力学国家重点实验室。这表明，该实验室在国际上的地位已被承认。

　　张东辉表示，经过20余年的努力，这个实验室在实验设备、实验技术、理论研究和计算方面，都处于国际领先地位，已成为国内分子反应动力学的主要研究基地，是承担国家重大基础研究项目（攀登计划和“973”计划）的牵头单位，也是国际上公认的化学反应动力学研究重镇。

　　“实验室的目标是，在分子反应动力学基础科学研究中作出重要创新成果，为重大科学技术进步提供基础，争创世界一流实验室，要在国际科学研究领域占一席之地。”张东辉说。朝着目标，该实验室早已走出一条颇具特色的大道。（本报记者沈春蕾对本文亦有贡献）

　　以下是该媒体报道地址：http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2013/8/276847.shtm