A qualitative quantum rate model for hydrogen transfer in soybean lipoxygenase
大豆脂肪氧合酶（SLO）催化的氢转移反应具有高动力学同位素效应（KIE），因而成为研究的热点。今天，高KIE通常被认为表明偏离了经典速率理论，并被视为传递粒子（氢或其同位素之一）穿过反应能势垒的隧道效应的强烈标志。在本文中，我们建立了一个定性的量子速率模型与几个自由参数，描述了动态的转移粒子时，它暴露于由施主和受主施加的能量势。酶对动力学的影响是由一个额外的能量项，振荡的贡献称为“门控”。通过改变两个关键参数，门控频率和平均供体-受体分离，该模型能够很好地再现KIE数据的SLO野生型和各种SLO突变体在实验可及的温度范围内。虽然这里已经考虑了SLO特异性常数，但可以将其用于其他酶。
2017-11-04 physics.bio-ph physics.chem-ph
Active Learning for Generalizable Detonation Performance Prediction of Energetic Materials
Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；Texas Tech University（德克萨斯理工大学）
本文提出一种结合密度泛函理论、热化学建模和神经网络的主动学习策略，构建了最大的炸药数据库和可泛化预测模型，揭示氧平衡对爆炸性能的主导作用。
2026-04-09 cond-mat.mtrl-sci cs.LG 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
Mathematical Model for Chemical Reactions in Electrolyte Applied to Cytochrome $c$ Oxidase: an Electro-osmotic Approach
本文用符合经典热力学的能量变分法建立了电解质中化学反应的数学模型。静电学和化学反应都包含在适当定义的能量泛函和耗散泛函中。将能量变分法推广到以电荷、质量和能量为输入的开放系统。开放系统可以将一种类型的输入能量转换为另一种类型的输出能量。广义方法用于分析细胞色素c氧化酶将电流转化为质子流，细胞色素c氧化酶是线粒体中的一种重要酶，有助于产生“生命的能量货币”ATP。氧化酶的结构引导根据广义理论的能量和耗散泛函相互作用的电流和质量流动。当酶处于线粒体膜中的自然环境中时，基尔霍夫电流定律提供了重要的偶联。酶的自然功能是结果。电子流被转换成质子流和梯度。
2022-07-07 physics.chem-ph
Energetics and control of ultracold isotope-exchange reactions between heteronuclear dimers in external fields
我们表明，基态碱金属，碱土金属，镧系元素的两个同位素的同一个原子组成的杂二聚体之间的同位素交换反应是放热的能量变化在1-8000 $\,$ MHz的范围内，从而导致冷或超冷产品。对于这些化学反应，只有一个振转和最多几个超精细可能的产品状态。开放和封闭的反应通道的数量和能量可以通过激光和磁场来控制。我们建议激光诱导的同位素和状态选择性的斯塔克位移控制，以调整放热的同位素交换反应，成为吸热的化学反应性的测试模型，从而提供了地面。本建议开辟了一条道路，研究状态到状态动力学的超冷化学反应超出了普遍的限制，有意义的控制的量子态的反应物和产品。
2015-12-14 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.chem-ph
Riemannian Denoising Model for Molecular Structure Optimization with Chemical Accuracy
Woo Youn Kim（威廉·金）；Jeheon Woo（具海恩）；Seonghwan Kim（金圣焕）；Jun Hyeong Kim（金俊亨）
基于物理的黎曼去噪模型通过优化分子结构实现化学精度，提升结构和能量预测的准确性。
2026-01-19 cs.LG physics.chem-ph
Extemporaneous Mechanochemistry: Shockwave Induced Ultrafast Chemical Reactions Due to Intramolecular Strain Energy
被称为热点的能量局部化区域被称为控制高能材料中的冲击起爆和爆轰。越来越多的计算证据表明，通过冲击波和微观结构之间的相互作用引起的大分子内应变在热点中加速了化学反应。然而，到目前为止，将分子内应变映射到加速或改变的化学反应的确切证据还很难找到。从一个大规模的反应分子动力学模拟的含能材料TATB，我们映射的分子温度和分子内应变能反应前分解动力学。温度和分子内应变都能加速化学动力学。原子轨道的详细分析表明，分子内应变可以引起分解机制的机械化学改变。本文的结果可以为连续水平的化学模型提供信息，以解释广泛的机械力化学效应。
2022-06-10 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Microhydration effect on structural, energetic and light scattering properties of first branched interstellar molecule ( i-PrCN)
在这项工作中，我们专注于异丙基氰（i-PrCN）的微溶剂化，因为异丙基氰最近在星际空间中被检测到，并且从天体化学和生物化学的角度来看，它的分支碳链非常重要。这些分支是生命中许多关键分子所必需的，比如构建蛋白质的氨基酸。本文用三种不同的量子化学模型探讨了氢键的形成对微水异丙基氰的结构、能量和电学性质的影响。据观察，由三个模型计算的结构参数显示相似，但模型依赖性是显而易见的，从平衡电子能量的集群。水分子的存在对偶极矩和极化率的值有显著的影响。用平均极化率和极化率各向异性计算的瑞利强度由于氢键的形成而大大增加。对于CN伸缩振动的异丙基氰，拉曼散射活动的增强后，观察到络合。
2015-11-13 astro-ph.SR physics.chem-ph
Spontaneous Chiral Symmetry Breaking in a Random Driven Chemical System
生命系统已经进化到使用复杂的化学反应回路来有效地消耗可用的能源，令人困惑的是，化学反应回路对不对称手性构型有严格的限制。虽然已知自催化促进这种手征对称性破缺，但在更一般的一类可配置化学系统中是否也可以通过能量开发诱导类似的现象，这是一种合理但未被充分认识的可能性。这项工作将在随机生成的复杂化学网络模型中研究这个问题。我们表明，手征对称性破缺可能会发生自发和一般利用能源从外部环境驱动器。这种转变的关键是非手性到手性反应的内在波动和系统配置与环境驱动器的紧密匹配，它们共同放大和维持发散的对映异构体分布。这些非对称状态出现通过陡峭的能量转换从相应的对称状态和急剧集群作为高耗散状态。因此，结果表明，一个通用的机制，其中充满活力的驱动器可能会引起homochirality在一个完全对称的环境中，从早期生活的角度来看，可能会出现一个有竞争力的，能量收集的优势。
2022-04-05 nlin.AO physics.chem-ph
Experimental Characterization of the Energetics of Low-temperature Surface Reactions
天体化学表面反应被认为是形成复杂有机分子的原因，这些分子对生命的起源具有潜在的重要性。在这种情况下，当灰尘表面的化学成分是不准确的知道，有关这种反应的基本知识获得的意义。我们描述了一种实验技术，它可以用来测量一对反应物的反应中释放的能量。这些数据可以直接与量子化学计算的结果进行比较，从而得出关于反应途径和能量势垒存在的明确结论。与基于气相研究的结果相比，它可以更准确地预测天体化学表面反应的结果。然而，为了获得最高的准确度，需要了解特定表面对反应的催化影响。新方法被应用于研究C原子与H2，O2和C2H2的反应。HCH，CO + O，和三重环C3H2产品的形成已被揭示，相应的。
2022-11-08 astro-ph.GA physics.chem-ph
Interactions and chemical reactions in ionic alkali-metal and alkaline-earth-metal diatomic $AB^+$ and triatomic $A_2B^+$ systems
我们从理论上表征的相互作用，能量学和化学反应路径的离子的两体和三体系统的碱金属和碱土金属原子的背景下，现代实验冷混合离子原子混合物。利用量子化学中的\textit{ab initio}技术，如耦合团簇方法，我们计算了所有双原子$AB^+$和大多数三原子$A_2B^+$分子离子（Li，Na，K，Rb，Cs，Mg，Ca，Sr，Ba和Yb原子）的基态电子性质。不同的几何形状和波函数对称性的基态被发现为不同类别的分子离子。我们分析了加性二体和非加性三体体系中的分子间相互作用。作为一个例子，我们提供了KRb $^+$ +K和Rb $^+$ +Sr $_2$混合物的二维相互作用势能面。我们根据反应物的能量学确定了可能的化学反应通道。这些结果对研究冷混合离子-原子系统中形成的分子离子的受控化学反应及其它应用有一定的参考价值。
2021-02-13 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.chem-ph
Energetics of H$_2$ clusters from density functional and coupled cluster theories
我们使用耦合团簇量子化学方法来计算从周期性分子氢结构中切割出的分子团簇的能量，该结构模拟了固体氢的观测相。氢结构是从Kohn-Sham密度泛函理论（DFT）计算在150、250和350 GPa的压力下获得的，这些压力在其中相II、III和IV被发现是稳定的压力范围内。DFT能量从耦合簇数据的计算偏差报告为不同的泛函，优化的泛函生成，提供减少的错误。我们给出了半本地和混合密度泛函，预计准确地描述氢在高压下的建议。
2016-11-01 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Chemical Bonding in Many Electron Molecules
化学键是复合分子系统中各子系统之间的不同相互作用所引起的稳定作用，在强键合类型中，共价键尤为重要。共价键的特征是所涉及的原子之间的距离很短的小原子团，这表明共价键本质上是一种局部效应，根据Lewis的说法，这是由共享电子对引起的。然而，能量稳定是一个近似的加性单电子效应，如Ruedenberg和同事所示。在由多电子子系统组成的系统中，电子的费米子性质决定了子系统中电子的分布结构，决定了子系统之间的局域相互作用。尤其重要的是泡利不相容原理（PEP），它指导着相同电子的相对位置。自旋和电荷重排对化学键合至关重要。量子化学方法，如CASSCF（完全活性空间SCF），也称为FORS（完全优化反应空间），可以覆盖所有这些过程。CASSCF波函数的标准构件是离域分子轨道，它不能显示局域效应。OVB（正交价键）是一种分析CASSCF波函数的方法，它揭示了影响成键能量和稳定体系空间结构的局域过程。这通过分析乙烯、二硅烯和硅乙烯的解离以及相应的逆反应来显示。方面的非绝热反应和子系统的纠缠进行了讨论。
2022-05-02 physics.chem-ph
Excitons: Energetics and spatio-temporal dynamics
Queens College, City University of New York（纽约市立大学皇后学院）；Graduate Center, City University of New York（纽约市立大学研究生院）；Goethe University Frankfurt（法兰克福歌德大学）；Institute of Chemistry, Academia Sinica（中央研究院化学研究所）；National Center for Theoretical Sciences（国家理论科学中心）；University of California, Riverside（加州大学河滨分校）
本文综述了激子在复杂系统中的能量学与时空动力学研究，探讨了其在纳米材料、多色基大分子等复杂结构中的行为及影响因素。
2025-12-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
MolTRES: Improving Chemical Language Representation Learning for Molecular Property Prediction
BK21 FOUR R&E Center for Artificial Intelligence, Korea University（韩国大学BK21 FOUR人工智能研究教育中心）；Korea University（韩国大学）
提出 MolTRES 化学语言表示学习框架，通过生成器-判别器训练和外部材料文献知识嵌入缓解过拟合与过早收敛，并在分子性质预测任务上超过现有最先进模型。
2024-07-09 cond-mat.mtrl-sci cs.LG physics.chem-ph
Chemical energy in an introductory physics course for the life sciences
能源是一个跨越科学学科的复杂概念。对于生命科学专业的学生来说，结合化学键和化学反应的能量方法比主要关注机械能的传统入门物理方法更能满足生命科学专业学生的需求。我们提出了一个课程序列，或线程，旨在建立学生的化学能的理解，在介绍物理课程的生命科学。这条线旨在连接物理，生物和化学的能量思想。我们描述了各种充满活力的概念，我们打算开发，以建立跨学科的连贯性之间的连接，并提出了一些课程材料和学生数据的例子，说明我们的方法。
2013-12-16 physics.bio-ph physics.chem-ph physics.ed-ph
Chemical Equilibrium as Balance of the Thermodynamic Forces
本文阐述了作为热力学力平衡的化学平衡热力学的综合基础。基于不可逆热力学的线性方程、De Donder热力学力的定义和Le Chatelier原理，新的化学平衡热力学为系统内的多种化学相互作用提供了明确的解释。化学转变的能量特征与反应程度之间的基本关系是基于化学平衡作为内部和外部热力学力之间的平衡的思想，其以仅包含一个新参数的逻辑斯谛方程的形式呈现。基本方程的解定义了化学系统的状态域，从真正的平衡到真正的混沌。新的理论完全来自目前公认的思想，并涵盖了平衡态热力学以及非平衡态热力学在一个独特的概念。
2004-04-16 physics.chem-ph
ArH2+ and NeH2+ as Global Minima in the Ar+/Ne+ + H2 Reactions: Energetic, Spectroscopic, and Structural Data
根据最近在蟹状星云中发现的ArH+，通过高水平的量子化学计算表明，Ar+/Ne+ + H2势能面上的全局极小值是ArH 2+和NeH 2+。因此，ArH ~（2+）可能是首次在蟹状星云中发现ArH ~+的同一工作中提出的Ar ~+ + H ~（2-）> ArH ~+ + H生成反应的必要中间体。ArH ~（2+）也可能是Ar + H ~（2+）→ ArH ~（+ +）H交替反应的中间体。此外，它表明，Ne+ + H2 -> NeH+2将随后最有可能产生Ne + H+2，而不是NeH+ + H提供了一个可能的理由，从星际介质（ISM）获得的光谱中没有NeH+。在此之后，通过使用高精度的量子化学四次和三次力场，提供了NeH 2+和ArH 2+的光谱数据（旋转和振动）。所有可能的同位素体也包括20 Ne、22 Ne、36 Ar、38 Ar、40 Ar、1H和D。这些体系的偶极矩相当大，NeH 2+为5.61 D，ArH 2+为4.37 D。所提供的光谱常数将有助于在ISM中这些开壳层惰性气体二氢化物阳离子的潜在检测。
2014-09-21 astro-ph.SR physics.chem-ph
Surface plasmons on a Au waveguide electrode open new redox channels associated with the transfer of energetic carriers
等离子体催化对于打开热不可接近的新反应途径或提高化学过程的效率具有重要的前景。然而，在区分光热效应与由于在包括等离子体结构的金属中激发的高能电子和/或空穴的效应方面仍然存在挑战。在这里，我们使用的Au条形波导沿表面等离子体激元（SPPs）传播，同时作为工作电极在3电极电化学电池。在SPP激发下获得了循环伏安图，其为入射光功率和波长~ 1350 nm的函数，通过分别研究氧化和还原反应，能够将涉及高能空穴的过程与涉及高能电子的过程分开。在SPP激发下，氧化还原电流密度增加10倍。氧化、还原和平衡电位下降多达2倍，并且分裂超过与光子能量相关的SPP功率的明确阈值。在SPP激发下的工作电极的温度被监测在原位和独立的控制实验隔离热效应。计时电流法测量与开关调制的SPP在600 Hz，产生一个扩散限制的快速电流响应调制在相同的频率，排除热增强的质量传递。我们的观察是由于开放的光学控制的非平衡氧化还原通道与高能载流子转移到氧化还原物种。
2021-11-05 physics.chem-ph physics.optics
Reductionist approach to chemical rate constants using conditional energy probabilities
不同的速率理论产生了类似形式的速率常数，与唯象的阿耳忒弥斯定律一致，尽管它们来自物理学的各个分支，包括经典热力学、统计学和量子力学。这种趋同性支持了阿克里先乌斯定律的有效性，但也暗示了一个更简单的基本原理的存在。本文提出了一种简化的方法，其中能量指数因子是能量足够的条件概率，而指前因子是有利于反应的构型的重现频率，它本身与混沌系统中的构型概率成正比。这种极简而严格的数学方法使得绕过某些更复杂理论的可疑假设成为可能，并澄清了所使用的不同类型能量的含义：活化能，阈值能量和化学能。
2020-11-30 physics.chem-ph
Applying machine learning techniques to predict the properties of energetic materials
我们提出了一个概念证明，机器学习技术可以用来预测从他们的分子结构的HOCHF高能分子的属性。我们专注于一个小而多样的数据集，由109个分子结构分布在10个化合物类。到目前为止，高能材料的候选分子已经通过昂贵的量子模拟和热化学代码的预测来筛选。我们对机器学习模型和几种分子特征化方法进行了全面的比较--键上求和、自定义描述符、库仑矩阵、键袋和指纹。最好的特征化方法是对键求和（键计数），最好的模型是核岭回归。尽管有一个小的数据集，我们获得了可接受的误差和皮尔逊相关性的预测爆压，爆速，爆炸能量，生成热，密度，和其他属性的样品。通过在我们的训练中包含另一个包含309个额外分子的数据集，我们展示了如何降低误差，尽管分子数量的收敛速度很慢。我们的工作为机器学习在这一领域的未来应用铺平了道路，包括自动化潜在客户生成和解释机器学习模型以获得新的化学见解。
2018-06-13 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Minima Hopping Guided Path Search: An Efficient Method for Finding Complex Chemical Reaction Pathways
最小跳跃全局优化方法使用物理上可实现的分子动力学运动与能量反馈相结合，保证从任何势能漏斗中逃逸。为了寻找反应途径的目的，我们认为，最小跳跃是特别适合作为一个指南，通过潜在的能量景观和发电机对极小值，可以用作输入结构的方法能够找到两个极小值之间的过渡态。对于Lennard-Jones基准系统，我们将这种最小跳跃引导路径搜索方法与基于确定性模式跟踪的探索势能景观的已知方法进行了比较。虽然我们使用了一种稳定的模式跟踪技术，可以在逃离局部最小值时可靠地跟踪不同的方向，但我们观察到Minima Hopping引导路径搜索在寻找最低势垒反应途径方面要优越得多。因此，我们建议，最小跳跃引导路径搜索可以作为一个简单而有效的方法来识别能量低的化学反应途径。最后，我们将最小跳跃引导路径搜索方法应用于75原子和102原子的Lennard Jones系统。对于75个原子的系统，我们发现的路径，其最高能量显着低于沿先前公布的最低势垒路径的最高能量。此外，许多这些途径包含一个更少的中间过渡态比以前公布的最低势垒途径。在102原子系统的情况下，最小跳跃引导路径搜索发现了一个以前未知的和能量低的漏斗。
2014-05-21 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Transfer Learning Meets Embedded Correlated Wavefunction Theory for Chemically Accurate Molecular Simulations: Application to Calcium Carbonate Ion-Pairing
Princeton University（普林斯顿大学）
本文提出嵌入相关波函数迁移学习框架，用于精确模拟液相分子动力学，通过结合高阶电子交换与相关效应，提升离子配对模拟的化学准确性。
2026-03-16 physics.chem-ph
Reaching high accuracy for energetic properties at second-order perturbation cost by merging self-consistency and spin-opposite scaling
本文提出O2BMP2方法，通过在自洽OBMP2中引入自旋相反标度，以二阶微扰成本在N2解离、单重态-三重态能隙和电离势上达到耦合簇精度。
2023-10-27 physics.chem-ph
Relative energetics of acetyl-histidine protomers with and without Zn2+ and a benchmark of energy methods
我们研究了乙酰组氨酸（AcH），裸露或微溶剂化与锌阳离子模拟隔离。首先，结合经验和第一性原理方法，对势能面的最小值进行全局搜索，分别针对五种可能的质子化状态中的任何一种。带负电荷的乙酰胆碱的互变异构形式之间的比较最稳定的结构显示出一个明确的偏好与中性咪唑环质子化的N-咪唑-2原子的构象。当向体系中加入锌阳离子时，情况相反，N-δ-1-质子化结构在能量上更有利。获得的最小结构，然后作为基准研究的基础，以检查常用的理论水平，即力场，半经验方法，密度泛函近似（DFA），和基于波函数的方法相对于高层次的耦合集群计算，即DLPNO-CCSD（T）方法的优点。所有测试的力场和半经验的方法表现出很差的性能在再现的构象，特别是涉及锌阳离子的系统的能量层次。Meta-GGA、混合、双混合DFA和MP2方法能够在化学准确度内描述参比方法的能量学，即平均绝对误差小于1 kcal/mol。最好的性能被发现为双杂交DFA B3 LYP + XYG 3的平均绝对误差为0.7千卡/摩尔和1.8千卡/摩尔的最大误差。虽然MP2与B3 LYP + XYG 3的性能相似，但由于精确结果所需的大基组，计算成本（即计时）相比增加了4倍。
2018-10-24 physics.atm-clus physics.chem-ph q-bio.BM
Influence of Polymer on Shock-Induced Pore Collapse: Hotspot Criticality through Reactive Molecular Dynamics
School of Materials Engineering and Birck Nanotechnology Center, Purdue University（普渡大学材料工程学院与伯里克纳米技术中心）
研究通过反应分子动力学模拟揭示聚合物对RDX冲击诱导孔隙坍缩中热点形成及临界性的影响机制
2024-09-24 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
A Roadmap for Simulating Chemical Dynamics on a Parametrically Driven Bosonic Quantum Device
本研究提出利用参数驱动的玻色子超导 Kerr-cat 器件模拟化学反应动力学，可精确模拟质子转移基准系统，为量子化学模拟提供新路径。
2025-01-22 physics.chem-ph quant-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
