理论与计算光化学教育部重点实验室

 

一、实验室简介

     理论及计算光化学教育部重点实验室成立于2009年,依托于北京师范大学化学学院。早在1978年北京师范大学就组建了量子化学研究室,并于1982年由教育部正式批准成立。在此之前(1981年),北京师范大学物理化学已被国务院批准为博士点,是新中国成立后有学位制度以来第一批有硕士和博士学位授予权的学科方向,是国内最早开展化学反应量子化学研究工作的少数几个集体之一。

    本学科方向具有悠久的历史和辉煌的过去,将分子内相互作用的分解方案推广到相对论赝势,用以研究含重原子的反应体系的工作在1987年获教育部科技二等奖。中间体、过渡态、和反应势能面的理论研究,使北京师范大学理论化学研究群体在1989年获得国家自然科学三等奖。

    近年来北京师范大学理论与计算化学方向得到了更大发展。以“985工程”和“211工程”建设为契机,搭建了理论计算模拟和谱学分析测量平台。依托物理化学国家重点学科和有机化学北京市重点学科,通过自己培养、国内外引进和学科交叉融合,汇集了一大批优秀的中青年骨干,成立了量子化学生物学教育部创新团队。羰基化合物光解离机理的理论研究工作获得2010年教育部自然科学一等奖。

    实验室在电子结构理论和动力学方法以及在光化学和热化学反应中的应用方面,取得了国际同行瞩目的成绩,在国际上有重要影响,为我国理论及计算化学的发展做出了突出贡献。

 

二、实验室主要研究方向

1)发展基于定域轨道的多组态自洽场和时间相关密度泛函电子结构方法,计算激发电子态的结构和性质;改进电子态交叉结构优化和非绝热动力学计算方法,研究光反应相关的非绝热过程;

2)发展多维体系量子动力学、耗散粒子动力学和量子/经典组合的非绝热动力学理论与数值计算方法,实时定量地描述光反应及光生物的动态过程;

3)应用先进电子结构理论和动力学方法,研究系列有机光化学反应机理,同时对一些重要的光生物过程开展理论化学计算模拟;

4)应用先进的量子/经典组合力学及动力学方法,模拟化学活性小分子和蛋白及DNA的识别相互作用过程,探讨光和其它外场对识别过程的影响;

5)开展新型有机小分子和超分子探针的制备,用光谱和波谱等实验手段,研究探针分子和核酸/蛋白质的识别过程,并结合理论计算模拟,探讨识别作用过程的化学本质。

 

三、实验室研究队伍现状

    本实验室现有教授26人,副教授10人,讲师2人,实验技术人员2人。其中包括:

l  中国科学院院士2人(刘若庄,方维海);

l  国家“杰出青年自然科学基金”获得者6

  (邵久书,江华,薄志山,李新奇,夏柯,刘亚军);

l  教育部“长江学者特聘教授”1人(邵久书);

l  国家“千人计划”人才1人(贾宗超);

l  国家“青年千人计划”人才1人(崔刚龙);

l 全国百篇优秀博士学位论文奖1人(陈雪波);

l  科技部“973”计划项目首席科学家1人(方维海);

l  教育部“跨/新世纪优秀人才”6

  (方德彩,成莹,祖莉莉,卢忠林,自国甫,陈雪波)。

 

四、实验室工作条件

     本实验室拥有“量子化学生物学教育部创新团队”科研平台,同时依托物理化学国家重点学科,现有400NHz核磁共振仪、单晶X-射线衍射仪、染料激光器、YAG激光器、时间飞行质谱仪、和500CPU的计算机群。此外北京师范大学有512CPU的超级计算机可供实验室使用。

 

五、实验室近年承担的主要科研任务       

序号

课题名称

负责人

起止时间

经费(万元)

类别

1

生命体系识别和调控过程中重要化学问题的基础研究

方维海

2005. 1-2009. 12

1700

973计划

2

溶液、界面及蛋白微环境中分子结构与化学反应的理论方法和计算模拟

方维海

2011. 1-2015. 12

2400

973计划

3

激发态、光谱、光化学和光生物过程的理论研究

方维海

2008.1-2010.12

124

自然基金重大国际合作项目

4

原子分子系统量子动力学有效近似理论方法及其应用研究

邵久书

2006.1-2009.12

160

自然基金重点项目

5

发展一类可适用于不同等级的量子化学方法的线性标度及对于大的和超大生物分子的研究

于建国

2008.1-2011.12

170

自然基金重点项目

7

溶液及核酸环境中分子光化学反应机理的理论计算模拟和Raman光谱研究

方维海

2011. 1-2015. 12

240

自然基金重点项目

8

多功能调控蛋白AceK的磷酸酶反应机制及调控的物理化学研究与应用

贾宗超

2012.1-2016.12

320

自然基金重点项目

9

理论与计算化学暑期学校

方维海

2010.7-2010.8

40

自然基金专项基金

10

仿生纳米通道功能分子及结构单元的制备

薄志山

2010.1-2014.12

300

973计划课题

11

结构精确共轭大分子的可控制备与功能研究

薄志山

2009.1-2012.12

300

自然基金重点项目

12

聚合物太阳电池材料、界面与器件

薄志山

2012.1-2014.12

180

自然基金重大国际合作项目

13

生物发光的理论研究

刘亚军

2014.1-2017.12

200

自然基金杰出青年基金

14

青年千人计划

崔刚龙

2014-1-2018.12

200-300

组织部青年千人计划

15

理论及计算光化学

邵久书

2015.1-2020.12

1200

自然基金创新群体项目

 

六、实验室近年发表的代表性论文

  1. Ab initio determination of dark structures in radiationless transitions for aromatic carbonyl compounds.  Fang WH. Acc. Chem. Res. 41: 452-457, 2008.  
  2. A theoretical study of the chemiluminescent decomposition of dioxetanone. Liu, FY;  Liu, YJ; De Vico L; Lindh R. J. Am. Chem. Soc. 131: 6181-6188, 2009. 
  3. Color-Tuning Mechanism of Firefly Investigated by Multi-Configurational Perturbation Method. Navizet, I; Liu, YJ; Ferre, N; Xiao, HY; Fang, WH; Lindh, R. J. Am. Chem. Soc. 132: 706-712, 2010. 
  4. Oxygen-Vacancy-Induced Diffusive Scattering in Fe/ MgO/Fe Magnetic Tunnel Junctions. Ke YQ; Xia K; Guo, H. Phys. Rev. Lett. 105: 236801, 2010.
  5. High-Performance Silicon Nanohole Solar Cells. Peng, K.-Q.; Wang, X.; Li, L.; et. al.. J. Am. Chem. Soc. 132: 6872, 2010.
  6. Thermal Spin Transfer in Fe-MgO-Fe Tunnel Junctions. Jia, XT; Xia, K; Bauer, GEW, Phys. Rev. Lett. 107: 176603, 2011
  7. A Planar Copolymer for High Efficiency Polymer Solar Cells. Qin, R.-P., et.al. Bo, Z-S.; Liu, Z-P. J. Am. Chem. Soc. 131: 14612, 2009.
  8.  Mechanistic Insight into the Chemiluminescent Decomposition of Firefly Dioxetanone, Yue, L; Liu, YJ; Fang, WH J. Am. Chem. Soc. 134, 11632, 2012.
  9. Photoinduced Gold(I)-Gold(I) Chemical Bonding in Dicyanoaurate Oligomers, Cui,  GL; Cao, XY;  Fang,  WH; Dolg, M; Thiel, W. Angew. Chem. Int. Ed. 52, 10281,  2013  & Angew. Chem. 125, 10471 , 2013.
  10.  Concerted Asynchronous Hula-Twist Photoisomerization in the S65T/H148D Mutant of Green Fluorescent Protein,  Zhang, Q. Q.; Chen, X. B.; Cui, G. L.; Fang, W. H.; Thiel, W., Angew. Chem. Int. Ed. 53, 8649-8653, 2014.

 

 

 

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