反应机理

量子化学中的反应机理研究是通过理论方法揭示化学变化过程中原子重排和能量演变的微观过程，其核心在于确定反应物经过过渡态转化为产物的完整路径及能垒特征。该方法主要采用势能面扫描构建反应坐标，结合过渡态理论计算活化自由能，通过内禀反应坐标（IRC）追踪反应路径的动力学演化。计算层面通常运用密度泛函理论（DFT）优化关键驻点结构（反应物、过渡态、中间体、产物），采用高精度方法（如CCSD(T)）校正单点能，并引入溶剂化模型（如PCM）和温度效应（通过热力学校正）提升预测可靠性。对于复杂反应（如催化循环），需综合运用量子力学/分子力学（QM/MM）多尺度模拟处理环境效应，或利用元动力学增强采样捕捉罕见事件。现代研究通过电子密度分析（如AIM理论）和轨道相互作用（如NBO）解析键断裂/形成的电子本质，结合非绝热动力学模拟光化学反应中的锥形交叉行为。该技术在酶催化机理阐明、材料表面反应设计和光化学过程调控等领域具有不可替代的价值，当前发展聚焦机器学习辅助路径探索、强关联体系的多参考态方法改进，以及瞬态中间体的实时光谱模拟等方向。