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杨忠志:物理化学道路上的攀岩者

2020-04-01 10:14 来源:杨园三居 浏览:

  导语:物质是由分子组成的,分子是由原子组成的,而原子又是有原子核和若干个电子组成的。分子有丰富多彩的组成、结构和性质,造成了众多的物种,并且发生着各种奇特的变化。在物理化学中,量子化学描述原子核和电子如何构造成原子,原子如何结合成为分子,分子之间又如何作用形成普通的物质,以及它们之间如何发生化学反应,揭示其中的基本规律,是基本的微观认识。认识分子和物质的微观结构和性质,可以阐明实验结果,指导分子、药物、材料设计合成等。

  

杨忠志:物理化学道路上的攀岩者

 

  杨忠志,男,辽宁师范大学化学系教授、物理化学博士点博士生导师,分子和材料研究室主任。1963年吉林大学化学系毕业,1966年量子化学专业研究生毕业,师从唐敖庆教授;1982年瑞士巴塞尔大学物理化学研究所获博士学位,师从爱德加-海尔布鲁诺教授。曾任吉林大学理论化学研究所所长和量子化学研究室主任,吉林大学兼职教授,中国科学院化学物理研究所兼职研究员。

  杨忠志教授一直从事化学教学和科研工作,主讲量子化学,光电子能谱学,分子轨道理论,密度泛函理论,微观反应动力学,化学时空。主要研究方向是理论和计算化学。多年致力于化学的基本概念模型和理论方法的研究,提出原子-键电负性均衡模型,发展概念密度泛函理论,构建新一代极化分子力场;探索分子中单电子作用势,首创区分化学成键和范德华作用的单电子作用势-分子轨道图, 并建立分子形貌理论;进行过环芳化合物光电子能谱实验和理论模型的初始研究,揭示分子的电子结构。

  自然科学以揭示物质世界的运动规律为目的,研究的方法和过程是实验观测和理论探索相互配合进行的。只有上升到理论层次,自然规律才能得以严格系统地描述。理论化学的核心任务是建立各种理论与计算方法,由原子核和电子的微观运动开始,探讨原子、分子、分子聚集体和凝聚相的一般运动规律,阐明普通物质的结构、性质及其相互关系。一方面,通过理论计算与模拟,可以获得化学问题的微观至宏观诸层次的静态与动态信息,使越来越多的实验现象和数据通过计算手段而模拟重现,从而被正确地解释。另一方面,通过提出新的概念和方法,理论化学能够对化学实验起到预测和指导作用。理论化学具有广泛的应用性,也是解决生命科学、能源科学、材料科学、环境科学等交叉领域的科学问题必不可少的工具。理论化学不仅奠定了分子科学的坚实基础,而且它所建立的计算方法已经在许多其它领域的研究中得到广泛应用。他正在主持执行国家自然科学基金重点项目:《构建和发展先进的新一代可极化分子力场—探索和模拟复杂分子体系结构性能的新方法》。

  科研道路 努力攀岩

  在理论化学和光电子能谱实验方面,杨忠志多年致力于基本的概念模型和理论方法的研究,取得原创性和系统性的突出成果:提出原子-键电负性均衡模型,发展概念密度泛函理论,构建新一代极化分子力场;首先探索分子中单电子作用势,首创区分化学成键和范德华作用的PAEM-MO图,并建立分子形貌理论;环芳化合物光电子能谱实验和理论模型的初始研究。

  一、提出原子-键电负性均衡模型,发展概念密度泛函理论,构建新一代极化分子力场

  对复杂化学体系,进行多尺度模拟,是重要前沿探索领域。所谓多尺度,就是在电子水平上的量子力学方法、在原子水平上的分子力场方法、在粗粒尺度上的介观以至宏观方法;在多尺度链条上,分子力场是连接微观与宏观的中坚方法。

  当今,在发展分子力场的两个重要问题上,即构建新一代极化分子力场和表征大分子体系的电荷分布,他做出了如下研究成果.

  1、构建新一代ABEEM极化分子力场,建立计算溶剂化自由能和结合自由能和的新方法,应用于研究水、离子水溶液、生物分子等体系。

  现在普遍使用的分子力场,如哈佛的Charmm力场,加州理工的Amber力场等,都难于描述分子体系的极化作用对力场的贡献。美国《化学理论和计算》出专刊指出,构建新一代极化分子力场是30年来普遍关心、但仍然未解决的艰难问题(JCTC,2007, 3)。

  杨等在提出原子-键电负性均衡模型基础上,构建新一代极化分子力场,使其反映分子极化效应的能力大为增强,应用于研究水、离子溶液、生物分子等凝聚体系,并建立计算自由能的新方法,为解决表达极化效应和极化力场的挑战性问题,开辟了新道路。

  2、提出原子-键电负性均衡方法,解决复杂大分子体系的电荷分布和反应性指标等精密表达和计算问题。