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  2月17日下午,记者在舟山中学采访了我国化学动力学研究的一位领军人物、中国科学院大连化学物理研究所(以下简称大连化物所)研究员、杰出青年科学家张东辉。上月,由他领衔的“态-态分子反应动力学研究”在国家科学技术奖励大会上摘得了国家自然科学奖二等奖。

  1967年,张东辉出生在普陀渔村螺门。“小时候非常崇拜爱因斯坦那样的大科学家,但是从不敢奢望。 ”作为一名普通人家的小孩,张东辉和当时很多渔农村孩子一样按部就班在村里上学,心里想着有一天家人和自己都能衣食无忧。

  一直到初二读完,父母把张东辉送到了沈家门一初就读。从农村到县城,张东辉一开始还担心自己的学业跟不上进度,谁料几次考试他都在班里名列前茅。“原来我还是蛮会读书的! ”张东辉回忆说,当时英语偏弱,他就重点加强,成绩很快得到了提高。

  一年之后,张东辉如愿进入舟山中学就读。在高中阶段,张东辉仍旧是“学霸”,学习成绩年年位居年级段前茅,并经常代表学校参加各类竞赛并获奖。

  1985年,张东辉被推荐免试进入复旦大学物理系。大学期间,他通过了由“诺贝尔物理学奖”得主李政道博士主持的中美联合招收物理博士生考试(CUSPEA),前往美国纽约大学攻读博士学位,从事量子化学反应动力学研究。 1993年底,他和导师在运用含时散射理论研究四原子反应散射中,获得突破性进展,第一次成功地计算了一个四原子化学反应的反应几率。他的导师因此荣获美国总统奖,他本人也在1994年荣获纽约大学人文与自然科学学院颁发的毕业生最高奖(学院每年只颁发给最有学术成就的一名学生)。

  此后,张东辉进入芝加哥大学做博士后,继续从事量子化学动力学研究。其间,发表论文数十篇,其中20篇发表在世界化学物理方面的权威杂志上,他在精确计算多原子反应研究上已达世界领先水平。

  出国留学5年,从事博士后研究3年,张东辉面临了一次人生的重大抉择。“当时的华尔街之风颇甚,很多老师、同学在华尔街风生水起,我思前想后觉得还是继续搞研究比较合适。 ”1997年,甘于“寂寞”的张东辉接受了新加坡国立大学的邀请,进入该校计算机科学系任教。

  任教期间,张东辉的研究成果持续“旺发”。新加坡《联合早报》评论说:张教授已成功地开辟了一个重要的方程式,让电脑可以根据这个方程式模拟三个氢原子和一个氧原子的反应。目前世界上就只有他做到这个成果。因研究利用超速激光进行化学作用而获得1999年诺贝尔化学奖的美籍埃及裔泽韦教授,在诺贝尔奖演讲中引用了张东辉的理论。

  张东辉的理论证明了一组德国科学家在1993年进行的一个实验可能是错的。如果最后证实那个实验是不正确的话,世界各国的科学家将会尝试重做这个实验。芝加哥大学一位教授称:张东辉做出的科学研究成果,我无法找到另一位35岁以下的理论分子学家。2000年,张东辉和合作者第一次从第一性原理出发,精确地研究了一个四原子反应体系,研究成果被选为封面发表在《科学》杂志上(《科学(Science)》是美国科学促进会出版的一份学术期刊,为全世界最权威的学术期刊之一,是发表最优秀的原始研究论文以及综述和分析当前研究和科学政策的同行评议的期刊)。凭借出色的研究工作,张东辉于2000年荣获新加坡青年科学家奖,2003年荣获新加坡国家科学奖,并在当年获得中国国家自然科学基金海外及港澳青年学者合作研究基金。

  “张东辉教授对化学反应动力学理论的理解非常透彻,他在这方面的研究能力也是世界顶尖的,与他的合作,能使研究更加深入、更加透彻地了解数据和理论背后究竟发生了什么。 ”中科院院士杨学明这样评价自己的搭档。“作为中国人,能回来当然开心,更重要的是这里有一个更好的研究平台。 ”在张东辉眼里,这个平台就是大连化物所的分子反应动力学国家重点实验室。当时,实验室主任杨学明正带领一个试验实力强悍的研究小组,而张东辉擅长的理论计算分析,恰能与其珠联璧合。

  两组人“背靠背”研究,一个负责实验发现,一个负责计算分析,最终对照检测研究成果。从2006年开始,张东辉和杨学明带领的实验室在化学反应动力学研究中一次次取得了重大突破:2006年,在氟加氢分子反应中观测到反应共振现象,该成果发表在当年的《科学》杂志上,相关报道入选中国十大年度科技进展新闻;2007年和2008年,他们的旋轨激发态氟和氯、氟和氢分子反应中玻恩-奥本海默近似有效性的研究成果发表在《科学》杂志上,另外两个成果也发表在《美国科学院院报》上近十年来,他们在《科学》杂志上发表的成果论文几乎保持了一年一篇的惊人成绩,发表数量接近全国科研机构化学类研究成果的一半。

  学过初中化学的人都知道,氢气可以燃烧。那么氢气为什么可以燃烧,反应过程又是如何,最关键的反应是哪一步?张东辉用这样一个看似浅显的例子形象地解释自己的研究。“化学反应是旧化学键断裂、新化学键生成的过程,是化学学科的核心科学问题。 ”他说,在所有气相分子反应中,新化合物的形成都是通过两个反应之间的碰撞形成的,每一个反应必须经过一个“过渡态区域”,而这个反应过渡态的寿命短至以飞秒(1飞秒只有1秒的一千万亿分之一)计算,他们的研究就是要认识反应过渡态如何控制化学反应速率和产物分布。

  此次获奖的“态-态分子反应动力学研究”,就是张东辉、杨学明等人利用自行研制的具有世界领先水平的高分辨交叉分子束仪器,理论上发展量子反应动力学新理论方法和构造高精度势能面,并通过实验与理论的密切结合,取得了重要研究成果。关于复杂三原子反应态-态微分截面的研究,有力推动了我国化学动力学研究的发展,也使我国在该领域处于世界领先的地位。

  认识自然,改造自然。张东辉说,自己的工作就是认识自然的一步,如果能充分认识每个反应过程,那么我们就能在提升燃烧效率、大气化学、材料科学以及其他高新技术等领域取得突破性进展。“这个过程非常难。”张东辉告诉记者,截至目前,人们仅基本弄清了氢气燃烧整个过程,而要彻底认识更为复杂的甲烷、汽油燃烧过程还有很漫长的路要走。

  漫步在母校舟山中学的校园,听校长唐华介绍新区建设的情况,得悉新区发展也吸引了浙大、北大等一批国内知名院校和科研机构落户舟山,张东辉表示,希望届时能有机会与家乡的科研机构进行项目合作,也为家乡的建设出一份力。

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