要:化学家已经找到了一种方法来选择化学反应的结果,采用一种难以捉摸和长期寻求的因素,称为“影响参数” - 试剂分子错过目标分子的缺失距离,从而改变化学产品反应。被称为“反应动力学的禁果”,影响参数以前无法直接控制。

影响参数的选择对于化学反应的结果是至关重要的,如此处基于实验可视化。在零冲击参数下,顶部的反应显示在铜表面上可重复地形成结合的CF2分子对。在第二个事件中,在底部,在稍高的冲击参数(3.6埃,而不是零)处发生碰撞,图片右侧所示的产品总是相距很远,与底层金属分开化学结合。这也是化学反应,但表现出与金属的不同反应模式。可以看出影响参数决定了反应途径。之前未对此进行过演示,因为无法选择影响参数。
多伦多大学的科学家们已经找到了一种方法来选择化学反应的结果,采用一种难以捉摸和长期寻求的因素,称为“影响参数”。
由诺贝尔奖获得者研究员John Polanyi领导的U化学家团队找到了一种方法来选择试剂分子错过目标分子的影响参数或错误距离,从而改变化学反应的产物。该研究结果今天发表在Science Advances上。
“化学家们总是把分子扔到其他分子上,希望能够创造出新的东西,”波士顿大学化学系教授Polanyi说道。“在这项研究中,我们找到了一种通过瞄准射弹来控制结果的方法。分子在目标分子上,精确度是目标分子直径的一小部分。“
化学中的分子动力学很像台球游戏。就像一个台球运动员将传入的球送向目标球一样,化学家将一个分子发射到另一个分子以产生化学反应。然而,这可以做到,现在很清楚,无论是偶然的机会,还是设计,因为新的工作表明是可能的。
以前,分子运动中固有的随机性阻止了化学家将它们的射弹分子瞄准化学物质目标,就像台球运动员那样。相反,他们不得不盲目地打台球。
“多年来,化学家们已经非常善于打台球,使用粘球并将它们强力或弱地扔掉,”Polanyi说。“但我们已经找到了一种方法来摆脱眼罩,并瞄准每一个镜头。”
研究人员通过在金属晶体上沉积分子,然后从原子级尖锐的金属尖端向一个分子施加一个小电流来实现这一目标。这种能量的增加导致“射弹”分子沿着直线射穿整个表面,沿着金属晶体上的一个轨状脊朝向晶体上存在的附近“目标”分子,以一定的数量将其丢失。
可重复地显示称为“影响参数”的不同的距离,以给出不同的结果,即不同的反应模式。
“潜在的晶体表面是我们的台球桌,”Polanyi研究小组的博士后研究员,该研究的第一作者Kelvin Anggara说。“通过利用大自然在水晶表面上方便划分的凹槽,我们发现我们可以引导行进的分子射弹,使其能够正面撞击目标或者在目标上错过目标的掠过碰撞就像台球一样,我们可以控制分子碰撞的结果。“
迄今为止,选择试剂分子间碰撞中的缺失距离或影响参数被哈佛大学教授Dudley R. Herschbach称为“反应动力学的禁果”,Polanyi与Yuan T共同获得1986年诺贝尔化学奖。李。虽然三重奏的发现使化学家能够推断化学反应中发挥作用的许多力,但影响参数却无法直接控制。
即使在着名的“交叉分子束”的良好控制条件下也是如此。经常被忽视的是,尽管这种优雅方法中的光束彼此瞄准,但分子却不是。现在,各个分子可以非常精确地相互瞄准。
“我们相信这是控制化学反应的重要一步,”Anggara说道,他与Polanyi,高级研究员Lydie Leung和研究生Matthew Timm共同完成了这项研究。