Chemical Reaction Rates from Ring Polymer Molecular Dynamics: Theory and Practical Applications
这篇专题文章概述了环状聚合物分子动力学（RPMD）速率理论的现状。我们首先分析RPMD方法及其与量子过渡态理论的联系。然后，我们专注于它的实际应用，在气相中的原型化学反应，这表明如何准确和可靠的RPMD是计算热化学反应速率系数在各种情况下。这篇综述是RPMD速率理论发展的一个重要检查点，表明RPMD正在从仅仅是最近的一个新想法转变为一个成熟的和经过验证的替代传统技术来计算热化学速率系数。我们也希望这将促进RPMD在各种化学反应中的进一步应用。
2016-09-05 physics.chem-ph
Optimizing reaction and transport fluxes in temperature gradient-driven chemical reaction-diffusion systems
本文研究温度梯度驱动的一维化学反应-扩散系统，建立从双隔室模型推广到任意系统的理论框架，通过调节系统化学特性和温度梯度形状来优化非平衡输运或反应通量。
2025-02-23 physics.chem-ph
Universal Relation Between Thermodynamic Driving Force and One-Way Fluxes in a Nonequilibrium Chemical Reaction with Complex Mechanism
在非平衡化学反应体系中，不平衡的动力学单向通量和热力学化学驱动力之间存在着基本的关系。然而，这种关系已被严格证明，只有在少数情况下，其中单向通量是很好的定义。根据其随机动力学表示，我们制定了一个一般的化学反应远离平衡，任意复杂的机制，多个中间体，和内部动力学循环的单向通量。对于每个动力学循环，稳态的前向和后向单向通量的比率的对数等于沿着循环的反应物和产物之间的自由能差。对于具有多输入输出复合物的一般化学反应网络，进一步建立了这种基本关系。我们的结果不仅给出了非平衡化学反应网络中自由能差的一个等价定义，而且在很广的意义上统一了随机非平衡化学热力学和宏观非平衡化学热力学.
2019-11-27 physics.chem-ph
Inelastic Collisions and Chemical Reactions of Molecules at Ultracold Temperatures
本文综述了近年来有关中性或离子体系原子和分子在低温和超低温下的非弹性碰撞和化学反应的理论工作。表零温度速率常数的各种分子提供。
2010-01-27 physics.chem-ph
Global selection rule in chemical coupling
通过修正的热平衡方程探讨了化学反应的耦合与解耦。发现反应谱起着至关重要的作用;一对连续化学反应的产物的符号决定了它们是否耦合。首次提出了此类反应发生耦合-解耦合跃迁的可能性。本文解决了耦合连续化学反应负效率的一个悖论。焓也被证明是一个“运动常数”沿反应坐标，只要质量作用比随温度变化不大。目前的分析把观察到的差异量热法和范特霍夫双折射的定量基础上。一个案例研究与三级反应，在选择更可能的替代机制中，crampic标准是有用的。
2001-08-30 physics.chem-ph
Accuracy of reaction coordinate based rate theories for modelling chemical reactions: insights from the thermal isomerization in retinal
本研究针对化学反应中一维速率理论适用性存疑的问题，以视黄醛热顺反异构化为对象，对比多种速率估算方法，发现一维反应坐标法估算难收敛且差异可达四个数量级，而转变采样与多维网格模型可得到一致结果。
2024-07-08 physics.chem-ph
Automated Discovery of Elementary Chemical Reaction Steps Using Freezing String and Berny Optimization Methods
我们提出了一个简单的协议，它允许完全自动化的发现的基本化学反应步骤，在合作中使用单端和双端过渡态优化算法-冻结字符串和伯尼优化方法，分别。为了证明所提出的方法的效用，燃烧和大气化学的重要性的几个系统的反应性进行了研究。所提出的算法使我们能够在没有任何人为干预的情况下不仅检测到在以前的研究中手动检测到的“已知”反应途径，而且还检测到新的、以前“未知”的反应途径，这些反应途径涉及显著的原子重排。我们相信，应用这种系统的方法来寻找基元反应路径将大大加快发现新化学的可能性，并将导致更准确的计算机模拟各种化学过程。
2015-05-05 physics.chem-ph
Coupled Chemical Reactions: Effects of Electric Field, Diffusion and Boundary Control
本文基于能量变分方法建立电解质中耦合化学反应的数学模型，并扩展至开放系统，通过双域模型仿真揭示电势抑制氧化反应、加速还原反应，为理解线粒体ATP生成中的自调节与切换机制提供理论依据。
2023-11-01 physics.chem-ph
A Unified Generative Framework for Scalable Chemical Reaction Network Exploration
ByteDance Seed（字节跳动种子）；Peking University（北京大学）
提出ByteCRN框架，结合化学信息反应枚举与生成性过渡态建模，通过统一生成策略替代传统计算中最昂贵的步骤，实现10-100倍加速并有效剪枝70-90%反应，用于自主化学探索。
2026-06-23 physics.chem-ph
Calculation of chemical reaction energies using the AM05 density functional
我们目前的结果，比较准确的AM 05密度泛函的一组化学反应能。这些反应是由众所周知的G2测试套件中的单态物质产生的。我们的研究结果表明，在一般情况下，AM 05功能执行以及其他“纯”密度泛函，但没有这些执行以及混合B3 LYP功能。然而，这些结果是令人鼓舞的，因为AM 05功能来自非常简单的假设，并不需要计算的Hartree-Fock交换积分。
2009-10-29 physics.chem-ph
Relaxation of Chemical Reactions to Stationary States in the Chemical Affinities Space
使用化学反应的质量平衡方程，我们展示了系统如何放松到一个稳定的状态和出Onsager区域。在化学亲和力空间中，在快速瞬变之后，当在Onsager区域中操作时，弛豫过程是直线，而在该区域之外，系统的演化使得力的演化方程的投影和流上的最短路径重合。对于空间扩展的系统，类似的结果对于热力学模式的演化是有效的（即，波数k = 0的模式）。这些结果使我们能够得到的热力学力所覆盖的空间的仿射连接的表达式，接近稳态。通过仿射联络，导出了非线性闭合方程。
2010-05-03 physics.chem-ph
Role of virial coefficients in chemical reaction
范特霍夫方程将化学反应的平衡常数$K$与温度$T$联系起来。虽然范特霍夫图（$\ln K$ vs $1/T$）是线性的，但对于某些化学反应，它是非线性的。在这项工作中，我们属性这样的观察维里系数。
2020-09-30 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
A Unified Theory of Chemical Reactions
我们提出了一个新的和一般的形式主义的基元化学反应，量子电子变量作为反应坐标。这种形式主义原则上适用于所有类型的化学反应，离子或共价。我们的理论揭示了离子和共价键之间存在一个中间的情况，这可能是几乎无势垒和等能的，这应该是高度感兴趣的理解生物化学。
2014-01-28 physics.bio-ph physics.chem-ph
Trade-offs between number fluctuations and response in nonequilibrium chemical reaction networks
该研究探究非平衡化学反应网络对速率对数微扰的响应，证明线性及单物种非线性网络中响应受数涨落与热力学驱动力限制，数值结果表明广泛网络中存在该权衡且形式依赖网络亏缺量。
2023-04-11 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Analysis of the Reaction Rate Coefficients for Slow Bimolecular Chemical Reactions
简单的双分子反应$A_1+A_2\rightleftharpoons A_3+A_4$的分析框架内的玻尔兹曼方程的化学反应的初始阶段与系统远离化学平衡。Chapman-Enskog方法被应用于确定系数的Sonine多项式的特殊分子速度的分布函数的扩展。结果被应用到反应$H_2+Cl\rightleftharpoons HCl+H$，和非麦克斯韦分布的影响和活化能依赖的反应截面后的正向和反向反应速率系数进行了讨论。
2012-05-22 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Speeding chemical reactions by focusing
我们提出的数值计算结果的化学反应的胶体颗粒，由层流流体运输，并集中在这样一种方式，这两种成分很好地混合，从而加快了化学反应的周期性障碍。的各种系统参数（扩散系数，反应速率，障碍物的大小）的作用进行了研究。我们表明，聚焦加速反应从扩散限制速率（t的幂-1/2）非常接近完美的混合速率，（t的幂-1）。
2012-12-13 cond-mat.soft physics.chem-ph
Magnetic tuning of ultracold barrierless chemical reactions
虽然获得双分子化学反应的外场控制一直是物理学和化学的梦寐以求的目标，超精细相互作用和直流磁场在实现这种控制中的作用仍然难以捉摸。我们发展了一个无势垒原子-硅藻化学反应的扩展耦合通道统计理论，并应用它阐明了磁场和超精细相互作用对超冷化学反应Li（$^2\text{S}_{1/2}$）+ CaH（$^2Σ^+$）$\to$ LiH（$^1Σ^+$）+ Ca（$^1\text{S}_{0}$）在一组新开发的从头算势能面上的影响.我们观察到大的磁场效应的反应截面，打开了控制超冷无势垒化学反应的可能性，通过调整选定的超精细状态的反应物与外部磁场。
2019-04-27 physics.atom-ph physics.chem-ph
The 1st Law of Thermodynamics in Chemical Reactions
在作者以前的论文中，已经表明化学反应中的热力学第一定律是以下的：dU=dQ+PdV+SUM在本文中，这一理论得到了发展，并且已经表明化学反应中的热力学第一定律具有以下形式：dC=-dU+dA和-dU=dQ其中dC是化学能的变化，dU是内能的变化。内能是分子热运动的能量。
2000-11-10 physics.chem-ph physics.gen-ph
Geometry of Nonequilibrium Chemical Reaction Networks and Generalized Entropy Production Decompositions
我们推导了非平衡化学反应网络（CRN）在由凸耗散函数的Legendre对偶所诱导的通量空间和力空间上的Hessian几何结构，并将其动力学刻画为广义流.利用这种结构，我们可以将具有二次耗散函数的非平衡系统的理论推广到更一般的非二次耗散函数的非平衡系统，这是研究化学反应网络的关键。通过应用广义概念的正交海森几何的化学反应网络，我们得到两个广义分解的熵产生率，其中每一个捕获梯度流和最小耗散方面的非平衡动力学。
2022-06-02 physics.chem-ph q-bio.MN
Chemical pathways in ultracold reactions of SrF molecules
我们提出了一个理论研究的化学反应SrF + SrF $\rightarrow$产品，专注于在超低温下的反应。我们发现，在这些温度下，键交换，SrF + SrF $\rightarrow$ Sr $_2$ + F $_2$，是积极禁止的。相反，能量上唯一允许的反应是SrF + SrF $\rightarrow$ SrF $_2$ + Sr，并且即使这样也只能形成SrF $_2$三聚体的单重态。沿着简化的反应路径的计算表明，这种抽象反应是无势垒的，并通过一个SrF分子“传递”一个氟原子到另一个分子来进行。
2011-01-24 physics.atom-ph physics.chem-ph
On the steady states of weakly reversible chemical reaction networks
基础化学反应网络的结构，即弱可逆性的自然条件，示出，以保证存在的平衡（稳态）在每个正化学计量相容性类相关的质量作用系统。此外，给出了一个指数公式的平衡在一个给定的化学计量相容类。
2011-11-11 physics.chem-ph q-bio.QM
Chemoton 2.0: Autonomous Exploration of Chemical Reaction Networks
由于硬件和算法设计的进步，化学反应空间的大规模自动化探索已经成为可能。在这里，我们提出了我们的方法，一个开源的，可扩展的框架，探索化学反应机制的基础上的第一原则的量子力学。它的目的是促进反应网络探索不同的化学问题，具有广泛的目标，如机制阐明，反应路径优化，逆合成路径验证，试剂设计和微观动力学建模。在我们的框架中，所有算法的严格的第一性原理基础是避免对特定化学系统的任何限制的普遍适用性的关键。这样一个敏捷的框架需要多个专门的软件组件，我们在这项工作中提出了三个模块。关键模块Chemoton推动了对反应网络的探索。对于探索本身，我们介绍了两个新的算法，基本步骤的搜索是基于牛顿轨迹。这些算法的性能进行评估的各种反应，其特征在于广泛的化学多样性方面的键合模式和化学元素。我们复制并显着扩展了已知的这些反应，并提供了所得的数据作为进一步探索和未来参考的起点。
2022-02-25 physics.chem-ph physics.comp-ph
Understanding High-Temperature Chemical Reactions on Metal Surfaces
金属表面的化学反应在多相催化和纳米结构生长等过程中非常重要。在中等或更低的温度下，这些反应通常遵循最小能量路径，并且温度效应可以通过谐振子模型合理地描述。在接近衬底的熔点的高温下，表面反应的一般行为仍然难以捉摸。在这项研究中，通过以吸附在Cu（111）上的碳氢化合物物种作为模型系统，并通过机器学习势进行广泛的分子动力学模拟，我们确定了几个重要的高温效应，包括局部化学环境，表面原子迁移率和衬底热膨胀。它们以不同的方式影响高温表面反应的不同方面。这些结果加深了我们对高温反应的理解。
2022-01-15 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Influence of Chemical Reactions on the Nonlinear Dynamics of Dissipative Flows
研究了带有化学反应的阻力流的非线性动力学问题。从拉格朗日描述出发，考虑了化学反应对流体奇点发展的影响。
2015-04-16 nlin.CD physics.chem-ph physics.class-ph
Chemical reactions of ultracold alkali-metal dimers in the lowest-energy $^3Σ$ state
我们表明，极性碱金属二聚体在五重态自旋的相互作用，导致形成一个深绑定的反应复合物。反应络合物可以分解成均相碱金属二聚体（对于除KRb之外的所有分子）和碱金属三聚体（对于所有分子）。我们发现，这些化学反应没有障碍。这意味着所有处于$a^3Σ^+$状态的碱性二聚体在超冷温度下是化学不稳定的，并且使用光晶格来分离分子和抑制损耗可能是必要的。此外，我们还计算了碱金属的化学反应的最小能量路径。我们发现，两个分子的反应是由碱金属原子之间的强吸引力加速，导致一个无势垒的过程，产生氢原子与大动能。我们讨论了超冷碱金属二聚体在$a^3Σ^+$电子态下化学反应的独特特征。
2013-11-17 physics.atom-ph physics.chem-ph
Qualitative Aspects of the Solutions of a Mathematical Model for the Dynamic Analysis of the Reversible Chemical Reaction SO2(g)+1/2O2(g)<=>SO3(g) in a Catalytic Reactor
我们提出了有关描述硫酸生产过程中催化反应器中进行的可逆化学反应SO2（g）+1/2O2（g）<=> SO 3（g）动力学行为的数学模型解的一些定性方面。
2014-12-19 nlin.CD physics.chem-ph
Quantum Simulations of Chemical Reactions: Achieving Accuracy with NISQ Devices
Indian Institute of Technology Jodhpur（印度技术学院焦浦尔分校）
本文提出利用不同活性空间研究化学反应，结合基态和激发态的不可约表示，通过VQE算法实现反应能量的高精度预测，误差小于1 kcal/mol。
2026-01-10 physics.chem-ph quant-ph
Mapping the Space of Chemical Reactions Using Attention-Based Neural Networks
IBM Research – Zurich（IBM苏黎世研究院）；University of Bern（伯尔尼大学）
有机反应通常被归类为包含具有相似试剂和机理的反应的类别。反应类促进了复杂概念的交流和化学反应空间的有效导航。然而，分类过程是一项繁琐的任务。它需要通过注释反应中的分子数量、反应中心以及反应物和试剂之间的区别来识别相应的反应类模板。这项工作表明，基于transformer的模型可以从化学反应的无注释、简单的基于文本的表示中推断出反应类别。我们最好的模型达到了98.2%的分类准确率。我们还表明，学习的表示可以用作反应指纹，比传统的反应指纹更好地捕捉反应类之间的细粒度差异。我们学习的指纹所实现的化学反应空间的见解说明了一个交互式的反应图谱提供视觉聚类和相似性搜索。
2020-12-09 cs.CL cs.LG physics.chem-ph
Simulation of chemical reaction dynamics based on quantum computing
虽然量子计算机已经成功地计算了化学体系的分子能量，但在实际应用中，特别是在催化剂设计、材料合成等方面，人们对化学反应的动力学过程的研究还不够深入。由于受噪声中尺度量子器件性能的限制，直接模拟反应动力学和确定反应途径仍然是一个挑战。在此，我们发展了基于量子计算的从头算分子动力学，通过扩展相关采样方法来模拟反应动力学。并且，我们使用这种方法来计算Hessian矩阵和评估计算资源。我们通过模拟氢交换反应和双分子亲核取代SN2反应来测试我们的方法的性能。我们的结果表明，利用量子计算表征分子的结构、性质和反应活性是可靠的，这是量子计算应用的又一重要拓展
2023-03-27 physics.chem-ph quant-ph
Thermodynamics of Non-Elementary Chemical Reaction Networks
我们开发了一个热力学框架，适用于不需要遵守质量作用动力学的非基元反应的封闭和开放的化学网络。它只需要动力学和标准化学势的知识，并利用网络的拓扑性质（守恒定律和循环）。我们的方法被证明是准确的，如果网络的结果从一个更大的网络的基本反应，快速发展的物种已经粗粒度。我们的工作应该是特别相关的精力充沛的考虑在生物系统中的基本动力学的特征很少实现。
2020-08-24 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Evaluation of the Einstein's strength of difference schemes for some chemical reaction-diffusion equations
本文提出了一种计算偏差分方程组Einstein强度的差分代数方法，并将其应用于化学反应扩散方程差分格式的比较分析。特别是，我们分析了有限差分格式的Murray，Fisher，Burgers和其他一些反应扩散方程，以及质量平衡偏微分方程的色谱从他们的力量的角度来看。
2018-03-10 math.AP physics.chem-ph
Kinetic Derivation of the Hessian Geometric Structure in Chemical Reaction Systems
化学动力学理论是描述化学系统动力学的基础。由于物理和热力学的限制，化学反应体系具有各种各样的结构，这些结构可以用来表征体系的重要物理性质。在这项工作中，我们揭示了海森几何的化学反应系统的基础，并展示了它是如何起源于化学计量和热力学约束的相互作用。我们的推导是基于动力学，我们假设的质量作用定律和表征的平衡态的细致平衡条件。所得到的几何结构，然后通过出现在一个纯热力学推导的海森几何热力学。我们证明，平衡和复杂的平衡状态形成复曲面品种的事实的基础上，如何海森几何框架可以扩展到非平衡复杂的平衡稳态。我们的结论是，海森几何提供了一个自然的框架来捕捉化学反应动力学的热力学方面。
2021-12-30 physics.bio-ph physics.chem-ph
Understanding chemical reactions within a generalized Hamilton-Jacobi framework
反应路径和经典和量子轨迹的研究在一个广义的哈密顿-雅可比框架，它允许把平等的基础上的拓扑结构和动力学的化学反应性问题。在这样做的时候，我们展示了如何高维问题可以处理的Caratheodory图或如何基于量子经典分析揭示意想不到的差异。作为一个工作模型，我们认为与Mueller-Brown势能面，在那里我们专注于反应路径和轨迹之间的关系，以及从经典和量子轨迹的反应概率计算的反应动力学。
2009-08-13 physics.chem-ph quant-ph
A topological classification of molecules and chemical reactions with a perplectic structure
本文在单粒子水平上提出了分子及其化学反应的拓扑分类。我们考虑零维电子哈密顿在实空间紧束缚基与无自旋的时间反演对称性和额外的空间反射对称性。这种对称性产生了一个perplectic结构，并提出了一个$\mathbb{Z}_2$不变量的形式，pfetraan，它可以被捕获的纠缠切割。我们将我们的研究结果应用于一类伍德沃德和霍夫曼研究的化学反应，其中反射对称性沿一维反应路径被保留，并认为拓扑分类应有助于这些反应的速率常数。更具体地说，我们发现，实验上发生的反应，只要反应物和产品可以相互变形，而需要改变拓扑不变量的反应还没有观察到实验。
2019-03-01 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Deficiency, Kinetic Invertibility, and Catalysis in Stochastic Chemical Reaction Networks
本文研究随机化学反应网络中对偶主方程的质量作用相容性及催化网络缺陷，证明仅零缺陷网络可反转稳态流，而非平衡催化网络并非零缺陷。
2023-04-27 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Universal dynamic scaling in chemical reactions at and away from equilibrium
众所周知，物理动力学粗糙化过程表现出在空间和时间上波动的可观测量的普遍标度。是否有类似的动力学标度定律，是唯一的化学反应机制，可合成和自然发生？在这里，我们制定了两个互补的方法来动态标度的随机波动的热力学观测和远离平衡。解析表达式和数值模拟都证实了我们的动态标度理论及其相关的指数、函数和定律。对常见化学机制的调查揭示了根据所涉及的反应的分子结构、反应容器和外部水库的性质、（非）平衡条件以及反应网络中自催化的程度来组织的类。能够进行化学反馈的耦合反应可以随着实验参数（如温度）的变化而在这些类别之间发生转变，有时会急剧转变。虽然像动态活动这样的路径可观测量具有与时间无关的标度指数，但熵产生和流中的波动可以具有与时间相关的标度指数和自平均特性，这是由于在不可逆过程中出现的时间相关性。总之，这些结果建立了动态的普遍性，在非平衡态波动的热力学观测充分混合的化学反应。
2021-01-05 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Asymptotology of Chemical Reaction Networks
将极限步的概念推广到多尺度反应网络的渐近性。发展了具有良好分离的反应速率常数的线性网络的完整理论。给出了动力学矩阵特征值和特征向量的显式逼近算法。估计的准确性得到了证实。简单的例子证明了算法的性能。讨论了算法在非线性系统中的应用。
2010-06-14 physics.chem-ph physics.comp-ph
Kinetic and Thermodynamic Descriptions of Open Systems of Complex Chemical Reactions with Multiple Scales
School of Mathematics, Sun Yat-sen University（中山大学数学学院）；Department of Applied Mathematics, University of Washington（华盛顿大学应用数学系）；Center for Interdisciplinary Studies, Westlake University（西湖大学交叉创新中心）
本文综述空间均匀水溶液中非线性化学反应从随机单事件到确定性宏观速率方程的多尺度动力学，并结合开放系统不可逆热力学、随机热力学与大偏差理论建立统一数学描述。
2025-10-20 math.DS math.PR physics.chem-ph
Context-Driven Exploration of Complex Chemical Reaction Networks
为了准确描述化学过程，必须构造包含所有相关中间体和基元反应的反应网络。在复杂化学反应的情况下（例如，涉及许多反应物或高反应性物质），这种网络的大小可能会迅速增长。在这里，我们提出了一个计算协议，通过一个单一的图形用户界面，以直观的，基于图形的方式操纵在一个完全自动化的方式构建这样的反应网络。从一组初始试剂开始，通过已经探索的中间体或呈现给网络的新反应物的分子内和分子间反应来探索新的中间体。这是通过基于概念电子结构理论的启发式规则组装反应复合物并探索相应的近似反应路径来完成的。随后的路径细化导致最小能量路径，该路径将新中间体连接到现有中间体以形成连接的反应网络。然后采用树遍历算法来检测反应通道和催化循环。我们应用我们的协议的formose反应，研究不同的糖形成途径，并合理化其自催化性质。
2017-10-25 physics.bio-ph physics.chem-ph
Rxn Hypergraph: a Hypergraph Attention Model for Chemical Reaction Representation
School of Information and Computer Sciences, University of California, Irvine（加州大学尔湾分校信息与计算机科学学院）
科学和技术的基础是能够预测化学反应及其性质。为了实现这些技能，重要的是要开发良好的化学反应表示，或良好的深度学习架构，可以从数据中自动学习这些表示。目前还没有一种通用的、广泛采用的方法来鲁棒地表示化学反应。大多数现有方法具有一个或多个缺点，例如：（1）缺乏通用性;（2）缺乏鲁棒性;（3）缺乏可解释性;或（4）需要过多的人工预处理。在这里，我们利用图形为基础的表示的分子结构开发和测试的超图注意力神经网络的方法来解决一次的反应表示和属性预测的问题，减轻上述缺点。我们在三个实验中使用三个独立的化学反应数据集来评估这种超图表示。在所有实验中，基于超图的方法匹配或优于其他表示及其相应的化学反应模型，同时产生可解释的多级表示。
2022-01-02 cs.AI cs.LG physics.chem-ph
Generating High-Precision Force Fields for Molecular Dynamics Simulations to Study Chemical Reaction Mechanisms using Molecular Configuration Transformer
Peking University（北京大学）；Shenzhen Bay Laboratory（深圳湾实验室）；Changping Laboratory（昌平实验室）
针对传统化学反应机理研究依赖经验、高精度模拟计算成本高的问题，提出基于分子构型Transformer训练高精度力场的方案，可低成本实现高精度反应模拟，已应用于两类有机反应研究。
2024-04-11 cond-mat.soft cs.AI physics.chem-ph
Quantum-Logic Detection of Chemical Reactions
本文提出并演示利用量子逻辑读取辅助逻辑离子运动状态，单次探测超冷铷原子与不可控锶离子间的反应结果及速率，拓展了难冷却离子化学反应研究手段。
2021-07-18 physics.atom-ph physics.chem-ph quant-ph
Autonomous Discovery of Unknown Reaction Pathways from Data by Chemical Reaction Neural Network
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
化学反应发生在能源，环境，生物和许多其他自然系统中，反应网络的推理对于理解和设计工程和生命科学中的化学过程至关重要。然而，揭示复杂系统和过程的反应途径仍然是具有挑战性的，由于缺乏对所涉及的物种和反应的了解。在这里，我们提出了一个神经网络的方法，自主发现反应途径的时间分辨的物种浓度数据。所提出的化学反应神经网络（CRNN），通过设计，满足基本的物理定律，包括质量作用定律和阿耳忒弥斯定律。因此，CRNN是物理上可解释的，使得反应途径可以被解释，并且动力学参数可以同时从神经网络的权重被量化。化学途径的推断是通过随机梯度下降用物种浓度数据训练CRNN来完成的。我们展示了成功的实施和鲁棒性的方法在阐明化学工程和生化系统的化学反应途径。CRNN方法的自主推理排除了在提出候选网络时对专家知识的需要，并解决了复杂系统中的维数灾难。物理可解释性也使得CRNN不仅能够拟合给定系统的数据，而且还能够开发可以推广到类似化学系统的未知途径的知识。
2021-01-08 cs.LG physics.chem-ph q-bio.MN
Asymptotic Limit-cycle Analysis of Oscillating Chemical Reactions
研究了振荡化学反应数学模型的渐近极限环分析。本文在简要介绍了应用于偏置Van der Pol振子的数学模型后，考虑了二氧化氯碘丙二酸（CIMA）反应的二维模型和Belousov-Zhabotinsky（BZ）反应的三维和二维Oregonator模型。给出了这些化学反应弛豫振荡周期的显式解析表达式，其精确度在数值的5%以内。在二维CIMA和Oregonator模型中，我们还推导出了导致鸭式爆炸和内爆的临界参数值。
2021-05-04 math-ph math.MP physics.chem-ph
Classification of strongly non-hyperbolic critical points of planar second-order chemical reaction systems
University of Oxford（牛津大学）
本文研究平面二阶化学反应系统中强非双曲临界点的动力学行为，证明正平衡点情形下仅存在九类几何等价类，并给出各类示例；若平衡点在原点，则十六类均可实现。
2026-10-06 math.DS physics.chem-ph q-bio.MN
Molecule Edit Graph Attention Network: Modeling Chemical Reactions as Sequences of Graph Edits
Centre of New Technologies, University of Warsaw（华沙大学新技术中心）；Institute of Organic Chemistry, Polish Academy of Sciences（波兰科学院有机化学研究所）
自动化合成规划的核心挑战是能够生成和预测各种化学反应的结果。特别是，在许多情况下，由于额外的限制，最可能的合成途径无法应用，这需要提出替代化学反应。考虑到这一点，我们提出了分子编辑图注意力网络（MEGAN），这是一种端到端的编码器-解码器神经模型。MEGAN的灵感来自于将化学反应表达为一系列图形编辑的模型，类似于箭头推动形式主义。我们将该模型扩展到逆合成预测（预测给定化学反应产物的底物），并将其扩展到大型数据集。我们认为，将反应表示为一系列编辑使MEGAN能够有效地探索合理的化学反应空间，保持以端到端方式建模反应的灵活性，并在标准基准中实现最先进的准确性。代码和训练模型可在https://github.com/molecule-one/megan上在线获得。
2021-05-25 cs.LG physics.chem-ph stat.ML
Exploration of Reaction Pathways and Chemical Transformation Networks
对于化学反应网络的研究，所有相关中间体和基元反应的识别是强制性的。存在许多算法方法，有效地和自动地执行探索。这些方法在其应用范围、探索的完整性水平以及所需的人工干预和人工干预的数量方面有所不同。在这里，我们描述和比较基于这些标准的不同方法。未来的发展方向，充分利用化学药剂学的优势，人类的相互作用，和物理严谨的讨论。
2018-12-03 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Geometric description of chemical reactions
我们使用几何热力学的形式主义来描述化学反应的平衡热力学的背景下。任何化学反应在一个封闭的系统中所示的描述由测地线在$2-$维流形，可以解释为平衡空间的反应。我们首先表明，在特定的情况下，只有两个物种的反应对应于两个理想气体或两个范德华气体。然后，我们考虑与任意数量的物种的反应的情况。测地线的初始平衡态由反应的初始条件决定。最后的平衡态，它遵循从反应的热力学分析，示出对应于描述平衡流形的热力学度量的坐标奇异性。
2013-01-02 math-ph math.DG math.MP
Modelling Chemical Reasoning to Predict Reactions
University Munster（明斯特大学）
超越现有知识的推理能力使有机化学家能够解决合成问题并发明新的转化。在这里，我们提出了一个模型，它模仿化学推理和形式化的反应预测，在知识图谱中找到丢失的链接。我们构建了一个包含1440万个分子和820万个二元反应的知识图谱，它代表了科学文献中发表的所有化学反应的大部分。我们的模型优于基于规则的专家系统在180，000个随机选择的二元反应的反应预测任务。我们表明，我们的数据驱动模型甚至超越了已知的反应类型，因此能够有效地（重新）发现新的转化（甚至包括过渡金属催化的反应）。我们的模型使计算机能够通过仅考虑图的内在局部结构来推断关于反应性和反应的假设，并且由于每个单一反应预测通常在亚秒的时间范围内实现，因此我们的模型可以用作反应发现的反应假设的高通量生成器。
2016-08-25 cs.AI physics.chem-ph q-bio.MN
An Innovative Approach to Balancing Chemical-Reaction Equations: A Simplified Matrix-Inversion Technique for Determining The Matrix Null Space
我提出了一种新的方法来平衡方程，适用于所有的化学反应方程，它是很容易通过科学计算器和基本的计算机电子表格，有一个矩阵反演应用程序的学生。新方法以一种不熟悉的创新方式利用了熟悉的矩阵求逆运算;其目的不是像往常一样识别待定系数，而是计算矩阵零空间（或矩阵核）。然后，零空间提供平衡方程的系数。事实上，零空间包含了所有关于平衡任何化学反应方程式的知识！
2011-10-18 math-ph math.MP physics.chem-ph
Chemical reactions of ultracold alkaline-earth-metal diatomic molecules
本文通过电子结构计算研究超冷碱土金属双原子分子的反应能量学，发现原子交换和三聚体形成均无势垒、能量允许，表明这些分子在超低温下化学不稳定，需光晶格或屏蔽方案抑制损耗。
2023-11-30 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.chem-ph
Homeostasis in Chemical Reaction Pathways
我们考虑具有时间依赖输入速率和几种类型分子的化学反应网络的随机模型。我们证明，尽管强的时间依赖性的输入速率，有一种稳态现象：远离输入节点的平均数的每种类型的分子变得近似恒定（不依赖于时间）。
2011-12-25 math-ph math.MP math.PR
Mathematical Formalism of Nonequilibrium Thermodynamics for Nonlinear Chemical Reaction Systems with General Rate Law
本文研究了具有$N$组分、$M$反应和一般速率定律的化学反应模型的非平衡热力学数学形式。建立了J. W.吉布斯宏观化学热力学在G. n.路易斯整体平衡动力学定律（非线性化学动力学中的细致平衡）。这样，平衡态热力学就自然地推广到没有细致平衡的非平衡态。动力学模型用马尔可夫跳跃过程表示。主要发现是广义宏观化学自由能函数及其相应的非负源汇平衡方程。证明是基于这种类型的马尔可夫过程的大偏差原理。本文还证明了随机反应动力学的一般涨落耗散定理。数学理论说明了如何在多尺度系统中从介观动力学中产生新的宏观动力学规律。
2016-09-25 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Modeling Heat Dissipation at the Nanoscale: An Embedding Approach for Chemical Reaction Dynamics on Metal Surfaces
我们提出了一种嵌入技术的金属系统，使之成为可能的模型能量耗散到衬底声子在表面化学反应的第一性原理。分离化学和弹性贡献的相互作用势提供了一个定量的描述电子和声子能带结构。应用于O $_2$在Pd（100）处的解离，预测了由于释放的吸附能（约100）而导致的“热”氧吸附物。2.6 eV）。这一发现质疑了多相催化模型中通常假设的反应热力学的瞬时热化。
2014-05-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
