化学是人类认识和改造物质世界的主要方法和工具之一，认识和研究化学反应的本质和规律是化学学科的一个重要内容。分子反应动力学就是在微观的原子分子层次上研究化学反应的动态本质和规律。一个化学反应过程包含着许多基元反应，在基元反应中，处于特定量子态（电子态、振动态、转动态等）并且具有一定能量的反应物，能够通过分子碰撞或单分子过程转变为特定量子态的产物。宏观的化学动力学只能阐述化学反应速度与反应物浓度之间的关系，测定化学反应速度常数，而分子反应动力学则研究反应体系在分子层次上的动力学行为，用以解释和预测反应体系的宏观动力学规律。分子反应动力学利用现代物理发展起来的新的实验和理论方法，有助于深入研究化学反应的动态本质，对化学学科的发展起到了极大的推动作用，也对科学技术的进步产生了深远的影响。

在原子和分子的层次上研究和理解化学反应机理的课题都可以归为化学反应动力学领域。自量子力学诞生以来，尤其是近十几年来，随着实验技术和计算方法以及计算机能力的提高，对所有包括化学反应在内的一切过程的研究都逐步深入到原子分子的层面，所以一方面各研究领域的发展都开始涉及化学反应动力学，另一方面化学反应动力学领域自身的发展也已经影响到其他研究领域。近10年，化学反应动力学领域重要及热点研究问题如下。

微观层次的原子和分子的运动遵循着量子力学的规律，因此只有在量子态分辨的水平上研究化学反应动力学才能提供化学过程的完整描述。实际发生的各种化学反应过程非常复杂，为了寻求化学反应的基本规律和机理，用基本的物理概念清晰明确地描述化学反应，就必须深入研究基元化学反应的动力学。测量单次碰撞条件下分子间量子态分辨的基元反应散射微分截面，并依此给出反应过程中的微观过程和机制，是化学反应动力学的最重要也最基本的研究内容。在基元化学反应中，三原子基元化学反应是最简单的化学反应，特别是含氢（氘）的三原子体系，如 H/F/Cl + H₂/D₂/HD 等，由于比较容易实现全量子的势能面和动力学计算，一直都是反应动力学领域的基本研究案例，对这些反应的认识深度代表着反应动力学领域的研究水平。

30年前，Smalley 等人发现了C₆₀分子，开创了团簇和纳米科学发展的新纪元。团簇是介于原子/分子与宏观物质之间的聚集体，是关联宏观性质和物质微观结构的理想模型，对深刻认识和理解物质转化的规律具有重大意义。团簇在能源催化和大气雾霾等诸多化学过程中广泛存在，团簇表征与性能研究对诠释化学反应机理至关重要。团簇在大气污染中扮演着重要角色，从分子形成大气团簇是气溶胶成核的关键步骤，精确测量大气团簇的结构及其动态变化对揭示雾霾的形成机制具有指导意义。团簇分为带电荷的离子型团簇（正离子和负离子团簇）和不带电荷的中性团簇两类。由于离子型团簇比较容易制备和进行质量选择，研究最为广泛。中性团簇由于缺乏电荷、难于探测而实验研究甚少。由于绝大多数大气团簇都是中性的，其结构演化规律不明。因此，中性大气团簇结构及动力学研究被认为是大气化学最前沿、最具挑战性的课题之一。

表界面催化研究的关键是表界面催化动态学，利用催化剂的表界面结构和电荷分布特性来调控基元化学反应，实现降低特定基元反应的活化能，达到高活性和高选择性的目标。近年来研究者致力于发展催化产物原位动态高灵敏探测的实验方法以及先进的具有高空间和时间分辨性能的原位动态结构和组分表征技术，发展基于第一性原理的可靠的表界面基元反应动态学理论与计算方法，以及包含时间和压力等条件的连接微观和宏观的催化材料、催化反应模拟和预测技术，在原子分子层次上确定催化反应的活性中间体，揭示其构效关系和动态变化规律，为新一代催化剂设计提供理论基础。

电子高激发态分子的反应动力学和光解动力学过程是化学反应过程中常见的现象，如大气化学、星际化学、化学激光，生物分子光化学等体系都存在着这样的过程。而非绝热效应在激发态反应以及传能过程中是相当普遍的。在过去10年里，人们重点关注的方向包括高激发态分子光解离过程的非绝热动力学、液相生物大分子的激发态非绝热动力学过程、激发态原子和分子的非绝热反应动力学、非绝热的量子动力学理论研究方法等。激发态动力学研究的另一个重要课题是研究分子激发态的超快过程和动力学。

WoS论文统计数据（见表1）可在一定程度上反映分子反应动力学领域的研究体量。2010－2014 年和 2015－2019年，两个5年期相比，中国该领域论文数量的世界排名进步了1个位次，来到首位；从表征学术影响力的被引频次来看，中国在两个5年期的排名没有发生变化，均落后于美国；中国的高被引论文数量前后两个5年期相比前进1个位次，位居前列。统计数据在一定程度上说明，尽管中国该领域论文产出较多，但是整体学术影响力与美国相比还存在一定差距。

基元化学反应动力学是我国在化学动力学领域具有国际领先水平的研究方向。在过去的10年里，以分子反应动力学国家重点实验室为主要研究基地，我国化学反应动力学研究取得了一系列具有国际水平的研究成果，实验室研究人员利用自行研制的高分辨率的分子束仪器，结合反应动力学理论方法的发展，在量子过渡态结构以及相关反应动力学、团簇分子结构和反应机制等方面取得了突破性进展。在化学反应动力研究领域所取得的研究成果多次发表在国际顶级学术期刊上，研究成果“态-态分子反应动力学研究”和“瞬态新奇分子的光谱、成键和反应研究”分获2014年和2018年国家自然科学奖二等奖，“实验观测到化学反应中的量子干涉现象”入选2020年度中国科学十大进展，张存浩院士因其在化学反应动力学等领域开创性的工作及所取得的成就获得了2013年度国家最高科学技术奖，这些成果说明我国反应动力学领域的研究已经取得了国际领先的地位。

以杨学明团队在量子态分辨的基元化学反应为例。2013年，该团队利用 Stark- inducedadiabatic Raman Passage（SARP）技术高效制备振动激发态分子，在对 F + HD（v = 1）反应中首次观测到化学反应中只有通过反应物分子振动激发才能进入的共振态，从而证明振动激发可以开启新的反应通道，拓展了我们对化学反应本质机理的认识。2015年，该团队在 Cl + HD（v = 1）→ DCl + H 反应中首次发现因化学键“软化”而形成的反应共振态。由于在反应过渡态附近因非谐性而导致的化学键“软化”现象很普遍，所以反应共振态在反应物振动激发态反应中很可能是一个普遍现象。2018年，该团队利用自主研制的结合阈值激光电离技术以及速度成像技术的 H 原子速度分辨率达到世界同类仪器最好水平的交叉分子束反应动力学研究装置，开展了对化学中最经典的 H + HD → H₂ + D 反应的动力学研究，首次观测到了化学反应散射中日冕环的现象，并揭示了该现象所隐藏的反应动力学机理。同年，该团队还在 H + HD 反应中首次定量了化学反应中的“几何相位”作用。2019年，该团队改进和利用 H 原子里德堡态标示时间飞渡谱的交叉分子束技术，结合自行发展的非绝热量子波包动力学方法，详细研究了低温下F + H₂ 反应中共振增强隧穿效应，揭示了其在星际化学中对于氟化氢产生的贡献。2020年，在最简单化学反应氢原子加氢分子的同位素（H + HD → H₂ + D）反应中，该团队发现了化学反应中新的量子干涉效应，再次揭示了原子分子因碰撞而发生化学反应的过程的量子性。2021年，该团队详细研究了具有分波共振的 F + HD 反应的动力学过程，首次发现电子角动量对化学反应微分截面的影响。

分子反应动力学是化学学科中实验和理论并重的基础研究领域，它的奠基、发展和重大成果的获得都伴随着科研仪器装置、研究手段和理论方法的重大发展。随着分子反应动力学的实验技术和理论方法以及计算机能力的进一步提高和扩展应用，特别是包括自由电子激光在内的大型科学装置技术的发展，进一步提高了分子反应动力学的研究水平，使其有能力面对来自学科自身发展和国家需求的挑战。

对于简单化学体系，分子反应动力学理论研究运用先进的从头算方法构造重要基元多原子反应体系的高精度势能面，运用精确的高维量子动态学方法研究基元化学反应的动态过程，从而有效地帮助正确解释及指导实验。对于复杂的对原子反应体系，化学动态学结合量子力学和统计力学原理，发展和采用各种近似的理论方法，通过实验和理论的结合，阐明燃烧、大气、化学激光等过程的多尺度动态学机理，为实际体系的研究提供可靠的理论依据与指导。

实验装置方面，伴随着相干激光技术、超快激光和超快测量技术以及具备高时间高空间分辨率的位置探测器件技术的发展，使得对化学反应的动态过程进行高空间、高时间、高能量分辨的全方位的谱学和成像测量成为可能，也让我们能够更加全面深入地了解化学反应，尤其是目前涉足尚少的复杂化学体系的机理和动态过程，从而得以全面研究燃烧、大气、化学激光等过程中重要化学反应过程的动态学问题。具有超高亮度和超快时间特性的波长可调自由电子激光等大型科学装置在分子反应动力学领域里的应用，为原子、分子和自由基的高灵敏度和高时间分辨的探测和研究开拓了广阔的前景，可用于研究燃烧、大气相关的原子、分子和自由基化学反应机理，以及表面催化及光催化过程的重要基础科学问题，为这些研究领域的进一步发展提供一个重要契机。

尽管化学反应动力学在揭示化学反应的基本机理和规律方面取得了巨大成就并推动了化学学科的整体发展，但分子反应动力学研究及其成果在其他领域中的应用亟需进一步加强。历史上，大气臭氧层形成机制、碳 60及其引发的纳米化学、化学激光的基本原理等曾是分子反应动力学对其他领域巨大推动作用的成功典范，其意义说明化学动态学的应用需从两个方面发展，一方面是在其他尤其是应用领域里寻求需要化学动态学才能解决的关键性课题，另一方面是充分了解化学动态学的研究成果在其他领域里的重要价值。分子反应动力学的研究者要与能源、材料、生命、环境、天文、国防等领域合作，使得化学动态学成为能源、材料、生命、环境、天文、国防等领域发展的重要推动力。