2024年9月，理学院王江老师在国际期刊《Physical Chemistry Chemical Physics》(PCCP，SCIE，JCR Q1) 和《The Journal of Chemical Physics》(JCP，SCIE，JCR Q1)上发表两篇高水平科研论文，题目分别为《Impact of Molecular Configuration on the Bond Breaking Rates of Hydrocarbons: A Computational Study》，和《Electric field modulated configuration and orientation of aqueous molecule chains 》。
https://doi.org/10.1039/D4CP02271H
https://doi.org/10.1063/5.0222122
期刊网页论文截图
发表在《PCCP》的论文提出了一种基于数据驱动、统计物理和计算化学的化学键解离速率计算方法，并将其应用于三种分子——正十三烷、正戊烷和1,3-丙二醇——的反应力场分子动力学（ReaxFF）模拟中，研究其燃烧反应的轨迹。
结果表明，化学键的解离速率不仅与其在分子链中的位置有关，还与分子构象密切相关。拉伸构象下，键解离速率显著提高，尤其有利于中心键的断裂；而当分子呈卷曲状态、分子尺寸减小时，末端键的解离速率则更高。
这项研究为利用“数据驱动”方法预测化学键断裂速率及化学反应速率提供了新的思路，有助于更高效、深入地理解化石燃料中组分的氧化燃烧过程中的分子解离行为。
发表在《JCP》期刊上的研究成果结合了机器学习方法与分子动力学模拟，成功提取了链状寡聚体分子的二维自由能（FE）曲面，揭示了电场对自由能曲面的调控作用。这一调节显著促进了链分子的拉伸构象，并增强了其与电场方向的对齐。研究结果显示，相比交流电场，直流电场对分子构象的调节作用更为明显。此外，电场对疏水性链状寡聚体的影响强于对亲水性寡聚体的影响。
通过对水分子偶极矩和氢键取向的深入分析，研究发现电场能够使水分子有序排列，进而诱导出更具方向性的氢键网络，形成一维水结构。由于所研究寡聚体分子的拉伸构象及其在电场中的定向排列最小化了对这种一维结构的破坏，因此具有更低的自由能和更高的稳定性。
该研究进一步加深了我们对电场调控分子性质微观机制的理解，为电场在控制其他分子结构与取向（如蛋白质或生物分子）方面的应用提供了有价值的理论指导和新思路。
王江简介：王江于2011年本科毕业于中国科学技术大学物理系，2011年至2018年博士就读于美国伊利诺伊大学香槟分校（UIUC），2018-2020年于美国莱斯大学进行博士后工作，主要的研究内容是使用分子动力学模拟，高性能计算，机器学习的方法，对生物，化学，物理等复杂体系进行研究，比如蛋白质折叠问题，胶体粒子的自组装问题，页岩气的吸附、输运、燃烧等。 研究成果多次在Nature Communications,PNAS, JACS,ACS Central Science 等期刊上发表。
