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边文生

男, 中国科学院化学研究所, 教授/研究员/教授级高工或同等级别

学习/工作经历

1994年 山东大学, 理学博士。
1994年7月–2000年 山东大学讲师, 副教授, 1999年9月升为教授。
1995年8月–11月 丹麦哥本哈根大学化学系访问学者。
1996年10月–1998年6月 德国斯图加特大学理论化学研究所洪堡学者。
2000年–2003年 分子科学研究所日本学术振兴会特别研究员;后转到美国德州理工大学继续 从事有关研究。
2003年3月 至今 中科院化学所研究员, 博士生导师。 现为二级研究员。

研究领域和兴趣

大气、燃烧和激光化学。 PBFC量子动力学理论方法和程序发展。 超冷分子体系的制备和机制。 量子化学和分子反应动力学理论计算。 非共价相互作用和催化反应的调控。

主要业绩

申请者及其学生在非含时量子动力学理论方法发展方面已做了10余年的努力,发表了十几篇SCI论文。近年来我们发表了在PBFC方法发展和氢转移反应的高效计算方面的标志性成果 [参见Paper I: Y. Ren and W. Bian*, J. Phys. Chem. Lett. 2015, 6, 1824;Paper II: F. Wu, Y. Ren, W. Bian*, J. Chem. Phys., 2016, 145, 074309]。同时,我们最近在构建高精度电子激发态势能面和大规模并行化量子动力学计算基础上,提出了化学反应的范德华鞍的新概念 [参见W. Bian*, J. Cao*et al. Nature Commun. 8, 14094 (2017)];发现一种CI-R(Conical Intersection-Regulated)中间体,揭示了其特殊的反应动态学作用和引起的两种新的反应机理[参见W. Bian*, K. Hickson*et al. Sci. Adv., 2019, 5 (4): eaaw0446]。
申请者在量子理论方法发展方面有长期的基础,曾在超球坐标和原子分子Schroedinger方程的直接求解方面取得了系统而创造性的成果,建立了CFHH-GLF和Gauss-CFHH-GLF理论方法,与邓从豪院士的其它成果一道获得了国家自然科学奖三等奖。
最近,申请人研究组利用所发展的PBFC-Lanczos方法,对在认识DNA碱基配对方面具有重要意义的10原子甲酸二聚体双氢迁移体系开展了量子动力学理论研究,获得的不同同位素取代下的基态隧穿分裂等结果与现有实验吻合很好,明显优于前人的计算结果;还考察了选模激发对其隧穿速率的影响[参见J. Phys. Chem. A 2020, 124, 6536; Front. Chem. 2019, 7, 676]。我们还发展了PBFC方法,对氘代亚乙烯基异构反应开展了大规模的高精度量子动力学计算,所得结果与美国Neumark研究组最近在Science发表的cryo-SEVI光谱实验值吻合很好,且首次报道了氘代亚乙烯基的振动态隧穿分裂[参见Bian* et al. J. Chem. Phys. 2020, 153, 054309]。
在Paper I中,我们提出了有效的方法,并首次实现了对分步双氢转移反应的选模隧穿分裂的精确全维量子计算。其中我们通过比较表明,我们发展的方法和计算有自身特色且计算效率大大提高,优于相关国际著名研究组的工作(包括美国Bowman(Emory-Univ.),英国Tennyson(Univ. College London)和加拿大Carrington(Univ. of Montreal)等研究组)。我们成功实现了超过200万维矩阵的大规模并行计算,而上述国外研究组的方法还不能做到。我们通过计算获得了对隧穿增强的双氢转移反应的新认识,为对更大体系进行量子动力学计算打下了基础,受到国内外同行的好评;例如,国际量子分子科学院院士, 美国著名的量子动力学专家Bowman教授在2015年国际量化大会的大会报告中对申请者的这个工作给予了好评。这个工作也得到审稿人很高评价,可望成为这个领域的基准性工作, 也得到了欧美著名学者在Science、JPC-Lett、JPC等刊物的引用。
J.Phys.Chem.Lett.审稿人评价:
“This is a spectacular paper. At last, the correct story about acetylene-vinylidene
isomerization is being told. The high-level calculations are of record-breaking size,
accuracy, and demonstrated convergence. Exceptional convergence is needed to capture accurate tunneling splittings, which are the key observable features related to eventual spectroscopic detection ……”
在Paper II中,我们进一步对丙二醛隧穿异构体(MA)开展了全维(21维)的量子力学计算研究,通过我们编写的程序成功实现了180亿维超大矩阵的大规模并行计算,计算得到了精确的基态隧穿分裂和ZPE。这种对21维体系采用非含时方法的研究文献中还未见报导,曾被国外学者认为是不可能做到的,因此在方法发展方面有重要意义。其中,我们的PBFC方法起了关键作用,将达到收敛所需的基组规模降低了6至11个数量级。文献上美欧研究组 (包括德国Meyer组和Manthe组,美国Bowman组和英国Althorpe组)对MA隧穿分裂的全维计算均使用了含时方法; 与之相比,我们的非含时方法在精度、效率等方面有优势[参见Paper II]。该计算效率显示出可能实现对更大体系非含时量子动力学计算的前景。我们还对中激发态隧穿分裂开展了计算研究,揭示了振动激发对隧穿分裂的影响。
此外,申请者在化学反应势能面的构建方面取得了一系列重要成果。代表性工作是,申请者带领课题组经多年努力构建了H+SiH4反应的12维高精度从头算势能面(能同时描述抽取和交换反应)[ Cao, Zhang, Zhang, Liu, Wang, W. Bian*, Proc. Natl. Acad . Sci. U.S.A. 2009, 106, 13180-13185],且在该势能面上开展了态-态动力学计算并在原子水平揭示出若干新的反应机理。

代表成果

Yanan Wu#; Jianwei Cao#; Haitao Ma; Chunfang Zhang; Wensheng Bian*; Dianailys Nunez-Reyes; Kevin M. Hickson*, Conical intersection-regulated intermediates in bimolecular reactions: Insights from C(1D)+HD dynamics, Sci. Adv., 2019, 5:eaaw0446.
Zhitao Shen#; Haitao Ma#; Chunfang Zhang#; Mingkai Fu; Yanan Wu; Wensheng Bian*; Jianwei Cao*, Dynamical importance of van der Waals saddle and excited potential surface in C(1D) + D2 complex-forming reaction, Nat. Commun., 2017, 8: 14094.
Yinghui Ren; Wensheng Bian*, Mode-specific tunneling splittings for a sequential double-hydrogen transfer case: An accurate quantum mechanical scheme., J. Phys. Chem. Lett., 2015, 6(10): 1824~1829.
Mingkai Fu; Haitao Ma; Jianwei Cao*; Wensheng Bian*, Laser cooling of CaBr molecules and production of ultracold Br atoms: A theoretical study including spin-orbit coupling, J. Chem. Phys., 2017, 146(13): 134309.
Chunfang Zhang; Yujun Zheng; Jianwei Cao*; Wensheng Bian*, Quasiclassical trajectory study of the C(1D) + HD reaction, RSC Adv., 2017, 7(55): 34348~34355.
Mingkai Fu; Haitao Ma; Jianwei Cao; Wensheng Bian*, Extensive theoretical study on electronically excited states of calcium monochloride: Molecular laser cooling and production of ultracold chlorine atoms, J. Chem. Phys., 2016, 144(18): 184302.
Feng Wu; Yinghui Ren; Wensheng Bian*, The hydrogen tunneling splitting in malonaldehyde: A full-dimensional time-independent quantum mechanical method, J. Chem. Phys., 2016, 145(7): 074309.
Mingkai Fu; Jianwei Cao; Haitao Ma; Wensheng Bian*, Laser cooling of copper monofluoride: a theoretical study including spin-orbit coupling, RSC Adv., 2016, 6(102): 100568~100576.
Zhitao Shen; Jianwei Cao; Wensheng Bian*, Quantum mechanical differential and integral cross sections for the C(1D) + H2 (v=0, j=0) → CH(v', j') + H reaction., J. Chem. Phys., 2015, 142(16): 164309.
Chunfang Zhang; Mingkai Fu; Zhitao Shen; Haitao Ma*; Wensheng Bian*, Global analytical ab initio ground-state potential energy surface for the C(1D)+H2 reactive system. J. Chem. Phys., 2014, 140 (23): 234301.
Yin Wu; Chunfang Zhang; Jianwei Cao*; Wensheng Bian*, Quasiclassical trajectory study of the C(1D)+H2→CH+H reaction on a new global ab initio potential energy surface. J. Phys. Chem. A, 2014, 118 (24): 4235.
Zhaopeng Sun; Chunfang Zhang; Shiying Lin; Yujun Zheng*; Qingtian Meng; Wensheng Bian*, Quantum reaction dynamics of the C(1D) + H2(D2) →CH(D) + H(D) on a new potential energy surface. J. Chem. Phys., 2013,139: 014306.
Lu Pan; Wensheng Bian*; Jiaxu Zhang, The Effect of explicit solvent on photodegradation of decabromodiphenyl ether in toluene: Insights from theoretical study. J. Phys. Chem. A, 2013, 117: 5291.
Lu Pan; Wensheng Bian*, Theoretical study on the photodegradation mechanism of nona-BDEs in methanol. ChemPhysChem, 2013, 14: 1264.
Le. Yu; Wensheng Bian*, Electronically excited-state properties and predissociation mechanisms of phosphorus monofluoride: A theoretical study including spin–orbit coupling. J. Chem. Phys., 2012,137: 014313.
Zhijun Zhang; Haitao Ma; Wensheng Bian*, Accurate quantum mechanical study of the Renner-Teller effect in the singlet CH2. J. Chem. Phys., 2011, 135: 154303.
Bin Li; Yinghui Ren; Wensheng Bian*, Accurate quantum dynamics study on the resonance decay of vinylidene. ChemPhysChem, 2011, 12: 2419 (Communication).
Yinghui Ren; Bin Li; Wensheng Bian*, Full-dimensional quantum dynamics study of vinylidene-acetylene isomerization: A scheme using normal mode Hamiltonian. Phys. Chem. Chem. Phys., 2011, 13: 2052.
Jianwei Cao#; Zhijun Zhang#; Chunfang Zhang; Wensheng Bian*, Yin Guo*, Kinetic study on the H+SiH4 abstraction reaction using an ab initio potential energy surface. J. Chem. Phys., 2011, 134: 024315.
Le Yu; Wensheng Bian*, Extensive theoretical study on electronically excited states and predissociation mechanisms of sulfur monoxide including spin-orbit coupling. J. Comput. Chem., 2011, 32: 1577.
Jianwei Cao; Zhijun Zhang; Chunfang Zhang; Kun Liu; Manhui Wang; Wensheng Bian*, Quasiclassical trajectory study of H+SiH4 reactions in full-dimensionality reveals atomic-level mechanisms. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 2009, 106: 13180~13185.

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