中國金宝搏入口188在分子與金屬表面碰撞的非絕熱動力學方面取得新進展
188bet足球蔣彬教授課題(ti)組(zu)在(zai)分(fen)子與金屬表(biao)面(mian)碰撞的(de)(de)非絕熱動(dong)力學模擬方面(mian)取得重(zhong)要進展。研究成果以“包含振動(dong)-電子耦合的(de)(de)分(fen)子在(zai)金屬表(biao)面(mian)的(de)(de)第一(yi)性(xing)原理(li)非絕熱動(dong)力學（First-principles Nonadiabatic Dynamics of Molecules at Metal Surfaces with Vibrationally Coupled Electron Transfer）”為題(ti)，于2024年7月19日發表(biao)在(zai)《物理(li)評(ping)論快(kuai)報》（Physical Review Letters）上（Phys. Rev. Lett., 2024, 133, 036203）。
由于(yu)(yu)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)表(biao)(biao)面(mian)(mian)連續的(de)(de)(de)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)能(neng)級，分子(zi)(zi)(zi)與(yu)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)表(biao)(biao)面(mian)(mian)相(xiang)互(hu)作用時，金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)表(biao)(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)很容易被(bei)激(ji)發，導(dao)致(zhi)分子(zi)(zi)(zi)與(yu)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)表(biao)(biao)面(mian)(mian)間的(de)(de)(de)非絕(jue)(jue)熱(re)能(neng)量(liang)(liang)轉(zhuan)移。包(bao)括分子(zi)(zi)(zi)在(zai)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)表(biao)(biao)面(mian)(mian)極(ji)短的(de)(de)(de)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)態(tai)(tai)壽命、化(hua)(hua)學電(dian)(dian)流(liu)、氫原子(zi)(zi)(zi)從金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)表(biao)(biao)面(mian)(mian)散(san)射后劇烈的(de)(de)(de)能(neng)量(liang)(liang)損失、以及(ji)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)激(ji)發態(tai)(tai)的(de)(de)(de)NO和CO分子(zi)(zi)(zi)從金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)表(biao)(biao)面(mian)(mian)散(san)射后的(de)(de)(de)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)弛豫(yu)在(zai)內的(de)(de)(de)眾多實驗現(xian)象都證明非絕(jue)(jue)熱(re)能(neng)量(liang)(liang)轉(zhuan)移廣泛存在(zai)于(yu)(yu)各種(zhong)界面(mian)(mian)過程(cheng)中，因(yin)此研(yan)究(jiu)非絕(jue)(jue)熱(re)能(neng)量(liang)(liang)轉(zhuan)移對于(yu)(yu)理(li)解化(hua)(hua)學吸(xi)附、電(dian)(dian)化(hua)(hua)學、等(deng)離激(ji)元(yuan)催(cui)化(hua)(hua)等(deng)界面(mian)(mian)過程(cheng)具有重要(yao)意義。然而，分子(zi)(zi)(zi)與(yu)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)表(biao)(biao)面(mian)(mian)相(xiang)互(hu)作用的(de)(de)(de)過程(cheng)中，分子(zi)(zi)(zi)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)、轉(zhuan)動(dong)(dong)(dong)、平動(dong)(dong)(dong)與(yu)表(biao)(biao)面(mian)(mian)聲(sheng)子(zi)(zi)(zi)和電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)會耦合(he)在(zai)一起，導(dao)致(zhi)極(ji)為(wei)復雜(za)的(de)(de)(de)能(neng)量(liang)(liang)轉(zhuan)移過程(cheng)，因(yin)此，準(zhun)確(que)描述涉(she)及(ji)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)轉(zhuan)移的(de)(de)(de)分子(zi)(zi)(zi)在(zai)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)表(biao)(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)非絕(jue)(jue)熱(re)動(dong)(dong)(dong)力學是理(li)論界長期面(mian)(mian)臨(lin)的(de)(de)(de)挑戰。
為了解決這一問題，研究團隊提出了“約束密度泛函理論+嵌入原子神經網絡+獨立電子面跳躍”的模擬策略，并將該策略用于CO分子從Au(111)表面散射過程中的能量轉移動力學模擬。如圖1所示，研究人員首先用約束密度泛函理論計算了眾多構型的CO分子在金屬表面的電子轉移透熱態，并用嵌入原子神經方法擬合相應的全維勢能面，最后用獨立電子面跳躍方法模擬分子散射過程中的能量轉移過程。研究結果顯示，獨立電子面跳躍模擬得到的高振動態CO(vi=17)分子散射后的振動末態分布與實驗很接近（圖2），低振動態CO(vi=2)散(san)射后的(de)(de)(de)振(zhen)(zhen)動弛(chi)豫概率、平(ping)均平(ping)動能(neng)以及散(san)射角分(fen)(fen)布也都被理論模擬(ni)比較好地(di)重現(xian)了(le)（圖3）。特別值得(de)一(yi)提的(de)(de)(de)是，模擬(ni)結果還揭示了(le)不同初始(shi)振(zhen)(zhen)動態下(xia)不同的(de)(de)(de)能(neng)量(liang)傳遞(di)通道：在高初始(shi)振(zhen)(zhen)動態下(xia)，分(fen)(fen)子(zi)振(zhen)(zhen)動能(neng)主(zhu)要傳遞(di)到(dao)表面電子(zi)和分(fen)(fen)子(zi)平(ping)動，而在低初始(shi)振(zhen)(zhen)動態下(xia)，分(fen)(fen)子(zi)振(zhen)(zhen)動能(neng)則只傳向(xiang)表面電子(zi)。這一(yi)系(xi)列的(de)(de)(de)發現(xian)對于理解分(fen)(fen)子(zi)-表面體系(xi)的(de)(de)(de)能(neng)量(liang)傳遞(di)過程(cheng)(cheng)有(you)著重要的(de)(de)(de)意義。此(ci)外(wai)，這套(tao)模擬(ni)策略(lve)有(you)望用于研究一(yi)些復雜過程(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)能(neng)量(liang)轉移動力(li)學(xue)，比如光/電化(hua)學(xue)和等離激元催化(hua)過程(cheng)(cheng)。
圖1 分子在金屬表面(mian)非絕熱動力學(xue)模擬的(de)工作流程示意圖
圖2 CO(vi=17)分(fen)子從(cong)Au(111)表面(mian)散射后的(de)振動末態分(fen)布
圖3 CO(vi=2)分(fen)子從Au(111)表(biao)面(mian)散射(she)后(hou)的一些(xie)動力學性質
188bet足球化學物理系博士生孟剛為該論文的第一作者，University of Warwick的Reinhard J. Maurer教授與188bet足球的蔣彬教授為共同通訊作者，西湖大學的竇文杰教授合作參與了研究。該工作得到了中國科學院戰略先導科技專項、量子科學與技術創新項目、中國科學院穩(wen)定支持基礎研究(jiu)領(ling)域(yu)青年團隊、基金委(wei)創(chuang)新群體、重點項目等基金的(de)資助。計算模擬工作在188bet足球超級(ji)計算中心(xin)、合(he)肥先進超算中心(xin)等完成(cheng)。
論文鏈接：//link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.133.036203
（化學與材料科(ke)學學院(yuan)、精(jing)準(zhun)智能化學重點實(shi)驗室、科(ke)研部(bu)）
