杨忠志

男， 辽宁师范大学化学化工学院， 教授/研究员/教授级高工或同等级别

学习/工作经历

1958-09 至 1963-07, 吉林大学, 化学系, 学士
1963-09 至 1966-07, 吉林大学, 量子化学, 硕士
1980-11 至 1983-01, Basel University, 物理化学, 博士
1966-09 至 1972-10, 吉林大学, 化学系, 助教
1980-08 至 1980-11, 瑞典Uppsala大学, 量子化学研究所, 访问学者
1972-10 至 1983-05, 吉林大学, 理论化学研究所, 讲师
1983-05 至 1985-05, 吉林大学, 理论化学研究所, 副教授
1987-05 至 1988-05, 美国加州大学伯克利分校和LBL国家实验室, 化学系,访问学者
1986-05 至 1987-05, 瑞士Basel大学，博士后
1985-05 至 1995-05, 吉林大学, 理论化学研究所, 教授
1995-05 至 1996-03, 美国印第安纳大学和北卡罗来纳州立大学, 化学系, 访问学者
1997-11 至 1998-03, 比利时Leuven大学, 化学系,访问学者
1995-05 至 今, 辽宁师范大学, 化学化工学院(实验中心、功能化学材料研究所), 教授

研究领域和兴趣

理论与计算化学

主要业绩

在理论化学和光电子能谱实验方面，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有：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；提出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；进行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（ABEEM），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，三位化学家由此获得2013年诺贝尔化学奖，这进一步推动了分子动力学模拟研究，成为重要前沿探索领域。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，其中分子力场是连接微观与宏观的中坚方法。
在当今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，杨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的新方法，应用于研究水、离子水溶液和生物分子等体系。
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、但仍未解决的艰难问题（JCTC，2007, 3）。
杨在提出原子-键电负性均衡模型基础上，构建新一代极化分子力场，使其反映极化效应的能力大为增强，应用于研究水、离子水溶液、蛋白质和DNA等体系，并建立计算自由能的新方法，为解决构建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。
以往的电负性均衡方法，把分子只划分成原子区域，不能很好地处理极化效应、分子环境影响和动态问题。杨提出的ABEEM方法，引入了化学键和孤对电子区域，图像清晰，模型合理，能很好地反映分子体系电荷分布及其动态变化，快速准确计算化学和生物大分子体系的电荷分布和反应性指标等，从而能更好地阐明和预测分子体系的结构和性能。
杨在这方面的研究工作，一直受到同行关注,持续被Chem Rev等杂志引评，举例如下。
多篇论文指出，杨等用极大的努力发展ABEEM新一代极化分子力场。在理论化学评论（TCA 2009, 124, 11）的文章，引用了杨的12篇论文，介绍和高度评价了杨的浮动电荷分子力场，从理论模型到具体的应用，“成功地用于建立描述分子间静电相互作用的水分子力场模型”，“计算获得的结构、动力学和溶剂化自由能等性质与实验值有很好的一致性”。还有多篇文献称“杨等的极化分子力场为含有精确极化势能函数的下一代分子力场”。

二、提出探索分子中单电子作用势，建立新的化学成键和分子形貌理论
1、提出探索分子中单电子作用势(PAEM)，首创PAEM-MO图，建立区分化学成键和范德华作用的规则
化学成键是化学的核心概念。对单电子密度的分析，不仅创立了密度泛函理论， Bader等还建立了“分子中的原子的量子理论”（AIM），得到广泛认可和应用，成为近几十年化学成键理论的重要学派。然而近年来的研究表明，Bader的AIM理论存在局限性和问题，引起关注和辩论。
近些年，杨提出并探索分子中单电子作用势，推导公式，编写程序和研究，揭示化学成键新特征，阐明和预测分子性质。这创建了一个新的理论框架，它具有AIM理论的优点而又能弥补其缺欠。
首创PAEM-MO图和键心的概念，提出定量规则，揭示化学成键和范德华作用的区别，发现在键心处的电子交流频率与化学成键密切关联，构建起一个新化学成键理论的框架。这为探讨非共价作用和成键作用、极化和电荷转移等，提供了新理论方法。
2、创建分子形貌理论
分子大小和形状特征，是广泛应用的基本概念。在大量论著中，使用范德华圆球模型和等电子密度界面两种模型，描写分子的形状和大小，它们都有人为任意性和界面均一等缺点。
杨创建分子形貌理论，定义分子形貌。杨提出新模型，推导公式，编写程序，按照电子运动的经典转折点，定义分子形貌，这个新模型不仅描绘了分子的形状和大小，同时展示前沿电子密度分布，有形有貌，是分子的身份证。
自从提出“分子形貌”概念以来，作为标题出现在多篇论文中，如代表作7的标题是：“用从头算和分子形貌理论洞察马氏反应”。编辑介绍该文的定位为“Which way to go?”，分子形貌决定了反应位点和反应速率，指明了分子识别和化学反应“走哪条路”。
新近，被论文引评为向Bader AIM理论挑战性的研究。论文（JCP 2014,141,144303） 把著名的Bader AIM理论与我们的分子形貌理论并列为 “分子的量子化学模型”。在《化学物理快报》（CPL 2012, 547; CPL 2014, 595）的论文指出，“原子半径是化学中的基本概念”，将杨等提出的原子特征半径称作“转折半径”，把它与普遍应用的共价半径和范德华半径并列，称为“可接受的原子度量”,“原子半径的合理理论定义”。

上述ABEEM新一代极化分子力场和分子形貌两种理论方法，均已自行编制和调试了程序，将申请专利。

三、光电子能谱的实验研究和理论模型
对环芳等有机化合物的光电子能谱进行过实验研究，建立了定域分子轨道模型，在Topics Curr Chem等发表论文30多篇，作为原创性实验和理论成果，其中被Chem Rev、 Angew Chem 和 JACS就引用31次，被引评为“提供了令人信服的实验证据，证实了Hoffman（诺贝尔奖得主）提出的通过空间和通过键相互作用概念的正确”。

杨共发表SCI收录论文230篇，多次应邀在国内外学术会议做大会报告或邀请报告，曾在美国化学会年会的密度泛函理论分会做分会主席。
杨曾获国家教育委员会科技进步奖一等奖一项，教育部和辽宁省科技进步奖二等奖三项，以及国家教育委员会优秀教材奖；2004年荣获国家优秀教师称号。

代表成果

1. 杨忠志; 叶元杰; 唐敖庆 ; 大分子体系的量子化学, 吉林大学出版社, 512千字, 2005
2. 唐敖庆; 杨忠志; 李前树 ; 量子化学, 科学出版社, 324千字, 1982
3.王建祺; 杨忠志 ; 紫外光电子能谱学, 科学出版社, 312千字, 1988
4. Zhao, Chong-Li; Zhao, Dong-Xia; Jiang, Qan-Ying; Zhang, Hai-Xia; Li, Shenmin; Yang, Zhong
-Zhi ; Polarizable TIP7P Water Model with Perturbation Charges Evaluated from ABEEM, Journal of P
hysical Chemistry B, 2020, 124(12): 2450-2464
5. Li, Hui; Wang, Di; Zhao, Xin; Lu, Li Nan; Liu, Cui; Gong, Li Dong; Zhao, Dong Xia; Yang,
Zhong Zhi ; Reaction mechanism of NO with hydrolysates of NAMI-A: an MD simulation by combining t
he QM/MM(ABEEM) with the MD-FEP method, Journal of Computational Chemistry, 2019, 40(10): 1141-11
50
6. 杨忠志(1/4); 概念密度泛函理论及其应用, 中华人民共和国教育部, 自然科学, 省部二等奖, 2008
7. 杨忠志(2/4); 具有重复单元的大分子的量子化学研究及应用, 中华人民共和国国家教育委员会, 自然
科学, 省部一等奖, 1991
8. 杨忠志(2/3); 专著《量子化学》, 中华人民共和国国家教育委员会, 其他, 省部一等奖, 1988
9. 杨忠志(1/4); 分子电子结构的研究及应用, 中国高校科学技术奖励委员会, 自然科学, 省部二等奖,
2002
10. 2017-6-8至2017-6-12, 举办第十三届全国量子化学会议, 大连市, 中国化学会，辽宁师范大学化学与
化工学院承办, 杨忠志

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