理学院刘禹副钻研员与澳大利亚新南威尔士大学Schmidt教授、Frankcombe副教授合作，在量子化学多电子波函数分析方面获得沉要进展，有关钻研了局以“Energetics of Covalent Bonding from Wave Function Tiles”为题颁发在化学领域顶级学术期刊Journal of the American Chemical Society。
在化学基础钻研中，无论是对于分子系统，还是化学反映过程等的索求，对于有关化学键的描述都是极度基础却至关沉要的一环。随着路易斯结构式的提出和量子力学的发展，如今，分子轨路理论和价键理论已发展成为化学键理论钻研的两大支柱。其中，得益于优良的数学大局在结合推算机技术上的方便性，和离域化电子波函数对于π轨路电子的更精确描述，分子轨路理论在量子化学钻研中逐步占据主导职位。另一方面，成立在路易斯电子对基础上的价键理论，能够在三维空间内利用定域化的电子对描述化学键，显然更容易被尝试化学家和高档化学教材等接受。固然多电子波函数能给出更精确的物理性质，但是其超高的维度，使得对于总体波函数的三维可视化存在难题。其主题瓶颈在于，连绵在分子轨路理论和价键理论中央的“墙”是否能够被有效买通。刘禹副钻研员专一于波函数可视化分析方向，与澳大利亚新南威尔士大学Schmidt教授和Frankcombe副教授合作开发了一套波函数可视化步骤DVMS。通过结合蒙特卡洛、数理统计、拓扑图像等步骤，DVMS能够直接将高维波函数整体投影到三维空间，并以独立电子的大局来描述化学键。DVMS步骤不扭转原始波函数，不引入额表的化学经验，可对应于分歧化学系统，拥有壮大的兼容性和可塑性，为化学键分析提供了怪异的钻研视角。
本文聚焦于乙烷分子（H3C-CH3）中碳-碳共价键的形成过程，针对波函数无法描述化学键中单个电子能量变动的问题，通过DVMS步骤将乙烷分子在碳-碳共价键刚性形成过程中（C-H键构型维持不变）的波函数整体投影到三维空间并拆分成18个独立电子的区域，从而有效地将单个独立电子的动能和势能等能量性质从波函数中提取了出来。由此一来，化学键形成过程中的动能、势能、偶极矩等变动，都能够通过电子物理性质的单一线性加和来直观描述。钻研批注，两个甲基在形成乙烷过程中，随着两个碳原子的逐步靠近，碳-碳键上的动能吓咨于甲基的相互作用幼幅降低，再急剧升高至成键。相反，势能部门在键形成初期由于成键区域电子密度的升高而幼幅升高，再由于两个甲基空间地位的靠近而急剧降低。该钻研初次成功在多电子波函数内直接解析独立电子的能量，提出了碳-碳单键形成过程中动能是重要的量子力学驱动力，并直观地出现了指标化学键区域对应波函数的扩张、收缩和成键变动情况。
亿万先生MR理学院刘禹副钻研员为论文第一作者和共同通讯作者，澳大利亚新南威尔士大学Prof. Timothy Schmidt, A/Prof. Terry Frankcombe为共同通讯作者。亿万先生MR为第一作者单元和共同通讯作者单元。该钻研得到了国度天然科学基金等经费的支持。
原文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c02274
