中国学科发展战略·理论与计算化学

总序 …………………………………………………………………………… 　ｉ
前言……………………………………………………………………………… 　ｖ
摘要 …………………………………………………………………………… 　ｘｖ 
Abstract ……………………………………………………………………… 　ｘｉｉｉ
总　论　理论与计算化学发展战略纵览 ……………………………… １
　　　第一节　理论与计算化学在基础科学中的地位 ……………………… １
　　　一、化学在经济社会发展中的作用 ……………………………… １
　　　二、理论与计算在化学发展过程中发挥重要作用 ……………… ２
　第二节　学科内涵、发展历程与规律 ………………………………… ４
　　　一、理论与计算化学的内涵 ……………………………………… ４
　　　二、学科发展历程 ………………………………………………… ５
　　　三、学科发展规律和特点 ………………………………………… ７
　第三节　学科发展现状与发展态势 …………………………………… ７
　　　一、理论与计算化学发展现状 …………………………………… ７
　　　二、学科发展趋势与显现的特征 ………………………………… ９
　　　三、我国理论与计算化学发展情况 …………………………… １０
　第四节　发展战略思路 ……………………………………………… １５
　　　一、理论与计算化学发展前景和面临的挑战性难题 ………… １５
　　　二、学科发展战略思路要点 …………………………………… １７
　第五节　发展方向：关键科学问题和学科重要研究前沿 ………… １８
　　　一、学科整体的重要研究前沿与关键科学问题 ……………… １８
　　　二、各分支学科核心科学问题与研究前沿 …………………… ２０
　第六节　资助机制与政策建议 ……………………………………… ２２
　　　一、战略性措施 ………………………………………………… ２２
　　　二、对资助机制与政策措施的建议 …………………………… ２３ 
　第七节　小结 ………………………………………………………… ２４
第一篇　电子结构理论与计算方法
第一章　电子结构理论与计算方法概述 …………………………… ２９ 　
第二章　波函数电子相关方法的进展及展望 ……………………… ３８
　　　第一节　引言 ………………………………………………………… ３８
　第二节　多组态自洽场方法和组态相互作用方法 ………………… ３９
　第三节　耦合簇方法 ………………………………………………… ４３
　第四节　显式相关方法 ……………………………………………… ４７
　第五节　未来的发展方向 …………………………………………… ４９
第三章　量子化学中的密度矩阵重整化群方法 …………………… ５２
　　　第一节　引言 ………………………………………………………… ５２
　第二节　ＤＭＲＧ传统的形式和语言 ………………………………… ５４
　第三节　矩阵乘积态 ………………………………………………… ５６
　第四节　算法中的微扰修正和ｎｏｉｓｅ的加入………………………… ６０
　第五节　对称性的问题 ……………………………………………… ６０
　第六节　激发态的问题 ……………………………………………… ６１
　第七节　ＤＭＲＧ在量子化学中的新发展 …………………………… ６２
　　　一、轨道排序和轨道类型的问题 ……………………………… ６２
　　　二、ＤＭＲＧＣＡＳＳＣＦ及其他方法优化分子轨道 ……………… ６３
　　　三、超越 ＭＰＳ的张量网络态…………………………………… ６４
　　　四、结合动态相关计算方法的ＤＭＲＧＣＡＳＰＴ２和ＤＭＲＧＣＴ … ６５
　第八节　总结和展望 ………………………………………………… ６６
第四章　 价键理论方法 ………………………………………………… ７０
　　　第一节　引言 ………………………………………………………… ７０
　第二节　从头算价键理论方法进展 ………………………………… ７１
　　　一、基于离域轨道的价键理论方法 …………………………… ７２ 
　　　二、基于定域轨道的价键理论方法 …………………………… ７２
　　　三、基于分子轨道方法波函数分析 …………………………… ７５
　　　四、考虑凝聚态体系的价键理论方法 ………………………… ７５
　第三节　价键理论方法关键问题 …………………………………… ７６
第五章　微扰理论的发展现状及展望………………………………… ８０
　　　第一节　引言 ………………………………………………………… ８０
　第二节　单参考态微扰理论 ………………………………………… ８１
　　　一、单参考态闭壳层微扰理论 ………………………………… ８１
　　　二、单参考态开壳层微扰理论 ………………………………… ８２
　第三节　多参考态微扰理论 ………………………………………… ８３
　第四节　显含狉１２的微扰理论 ………………………………………… ８６
　第五节　ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ方法在微扰理论中的应用…………………… ８７
　第六节　总结 ………………………………………………………… ８７
　　　一、微扰理论的优点 …………………………………………… ８７
　　　二、微扰理论的缺点 …………………………………………… ８８
　第七节　展望 ………………………………………………………… ８８
第六章　密度泛函理论基础进展及其与多体理论的关系 ……… ９２
　　　第一节　引言 ………………………………………………………… ９２
　第二节　发展现状综述和评价 ……………………………………… ９４
　　　一、从分数电荷／自旋的角度审视离域误差和静态误差 ……… ９４
　　　二、绝热连接：建立密度泛函理论与多体理论之间的联系 … ９８
第七章　近似密度泛函的发展 ……………………………………… １０６
　　　第一节　主要科学问题 ……………………………………………… １０６
　第二节　现有近似泛函的大致分类 ………………………………… １０６
　第三节　近似泛函的系统评测 ……………………………………… １０７
　　　一、生成热 ……………………………………………………… １０９
　　　二、带电物种 …………………………………………………… １０９
　　　三、键能 ………………………………………………………… １０９
　　　四、反应能垒 …………………………………………………… １１０
　　　五、非共价键相互作用 ………………………………………… １１０ 
　第四节　近似泛函的重要误差来源 ………………………………… １１０
　第五节　亟待解决的重大问题 ……………………………………… １１２
　第六节　可能解决问题的途径 ……………………………………… １１４
　第七节　２０篇标志性论文…………………………………………… １１４
第八章　犜犇犇犉犜的发展与在激发态计算和开放体系中的应用…… １２３
　　　第一节　引言 ………………………………………………………… １２３
　第二节　历史与现状 ………………………………………………… １２４
　　　一、基本ＴＤＤＦＴ方法………………………………………… １２４
　　　二、泛函形式的发展 …………………………………………… １２６
　　　三、ＴＤＤＦＴ线性标度计算 …………………………………… １２９
　　　四、强电磁场过程 ……………………………………………… １３１
　　　五、流密度泛函理论 …………………………………………… １３２
　　　六、开放体系与量子输运 ……………………………………… １３３
　第三节　展望与建议 ………………………………………………… １３７
第九章　多体格林函数方法…………………………………………… １４０
　　　第一节　引言 ………………………………………………………… １４０
　第二节　理论框架 …………………………………………………… １４１
　　　一、单粒子格林函数和双粒子格林函数 ……………………… １４２
　　　二、Ｄｙｓｏｎ方程、Ｈｅｄｉｎ方程和ＧＷ方法 …………………… １４３
　　　三、ＢｅｔｈｅＳａｌｐｅｔｅｒ方程 ……………………………………… １４４
　第三节　发展历程 …………………………………………………… １４６
　　　一、ＧＷ方法 …………………………………………………… １４６
　　　二、ＢｅｔｈｅＳａｌｐｅｔｅｒ方程 ……………………………………… １４９
　　　三、计算程序和应用 …………………………………………… １５１
　第四节　发展趋势 …………………………………………………… １５２
　　　一、自能算符的进一步深入研究 ……………………………… １５２
　　　二、处理简并体系相关理论方法的研究 ……………………… １５２
　　　三、处理双激发现象相关理论方法的研究 …………………… １５３
　　　四、激发态作用力计算方法的研究 …………………………… １５３
　　　五、电声相互作用对电子结构和激发态影响的研究 ………… １５３
　　　六、自能算符快速计算方法的研究 …………………………… １５３ 
第十章　强关联材料的第一性原理电子结构理论 ……………… １５６
　　　第一节　引言 ………………………………………………………… １５６
　第二节　基于对ＬＤＡ／ＧＧＡ修正的第一性原理方法 …………… １５７
　　　一、ＬＤＡ＋犝 方法……………………………………………… １５８
　　　二、杂化泛函 …………………………………………………… １５８
　　　三、ＳＩＣＬＤＡ…………………………………………………… １５９
　第三节　基于格林函数的第一性原理多体理论方法 ……………… １６０
　第四节　结合模型哈密顿量的第一性原理方法 …………………… １６１
　　　一、ｄｏｗｎｆｏｌｄｉｎｇ概念 ………………………………………… １６１
　　　二、Ｈｕｂｂａｒｄ犝 值的第一性原理计算………………………… １６２
　　　三、ＬＤＡ＋ＤＭＦＴ方法 ……………………………………… １６３
　　　四、ＧＷ＋ＤＭＦＴ方法 ………………………………………… １６４
　第五节　总结与展望 ………………………………………………… １６６
第十一章　相对论分子量子力学中的若干基本问题与解决方案 … １６９
　　　第一节　引言 ………………………………………………………… １６９
　　　一、相对论效应 ………………………………………………… １６９
　　　二、量子电动力学效应 ………………………………………… １７１
　　　三、相对论分子量子力学 ……………………………………… １７２
　第二节　相对论哈密顿 ……………………………………………… １７３
　　　一、全电子相对论哈密顿 ……………………………………… １７３
　　　二、价电子相对论哈密顿 ……………………………………… １７７
　第三节　相对论电子相关 …………………………………………… １７９
　第四节　相对论电子性质 …………………………………………… １７９
　第五节　结论与展望 ………………………………………………… １８０
第十二章　量子蒙特卡罗方法 ……………………………………… １８４
　　　第一节　引言 ………………………………………………………… １８４
　第二节　变分蒙特卡罗方法 ………………………………………… １８５
　第三节　实几何空间格林函数蒙特卡罗方法 ……………………… １８６
　　　一、固定节面扩散蒙特卡罗方法 ……………………………… １８８
　　　二、自修复节面扩散蒙特卡罗方法 …………………………… １９０ 
　第四节　反对称组态空间蒙特卡罗方法 …………………………… １９１
　　　一、全组态相互作用量子蒙特卡罗方法 ……………………… １９１
　　　二、辅助场量子蒙特卡罗方法 ………………………………… １９３
　第五节　蒙特卡罗方法中的激发态计算问题 ……………………… １９４
　第六节　含时量子蒙特卡罗方法 …………………………………… １９５
　第七节　减少ＱＭＣ计算误差的算法 ……………………………… １９６
　　　一、表层塌滑量子蒙特卡罗方法 ……………………………… １９６
　　　二、减少方差、偏差的方法和力的计算 ……………………… １９７
　第八节　总结与展望 ………………………………………………… １９９
　　　一、量子蒙特卡罗方法的优点 ………………………………… １９９
　　　二、量子蒙特卡罗方法的缺点与待解决的主要难题 ………… １９９
　　　三、展望 ………………………………………………………… ２００
第十三章　约化密度矩阵理论 ……………………………………… ２０３
　　　第一节　引言 ………………………………………………………… ２０３
　第二节　二阶约化密度矩阵理论 …………………………………… ２０４
　　　一、二阶约化密度矩阵的犖可表示问题 …………………… ２０４
　　　二、变分二阶约化密度矩阵理论 ……………………………… ２０６
　　　三、收缩的薛定谔方程 ………………………………………… ２０８
　第三节　一阶密度矩阵泛函理论 …………………………………… ２１１
　第四节　总结 ………………………………………………………… ２１５
第十四章　超大体系的处理方法 …………………………………… ２１８
　　　第一节　引言 ………………………………………………………… ２１８
　第二节　大体系的量子化学计算方法 ……………………………… ２１９
　　　一、不断改进量子化学计算方法以适应大体系计算 ………… ２１９
　　　二、计算机技术对实现大体系计算做出持续不断的贡献 …… ２２０
　　　三、ＧＰＵ技术将会对计算化学带来的革命性影响 ………… ２２０
　第三节　超大体系的处理方法简述 ………………………………… ２２１
　　　一、采用近似数值计算方法 …………………………………… ２２１
　　　二、改变计算策略 ……………………………………………… ２２２
　第四节　结论和展望 ………………………………………………… ２２５ 
第二篇　化学中的统计力学
第一章　化学中的统计力学概述 …………………………………… ２３１
　　　第一节　历史简介 …………………………………………………… ２３２
　　　一、统计力学的建立———两位奠基人 ………………………… ２３２
　　　二、量子统计的提出 …………………………………………… ２３３
　　　三、非平衡统计力学的发展 …………………………………… ２３３
　　　四、相变研究 …………………………………………………… ２３４
　　　五、应用统计力学 ……………………………………………… ２３４
　　　六、学术期刊的演变 …………………………………………… ２３５
　第二节　近２０年重要进展及展望 ………………………………… ２３６
第二章　统计力学基础与涨落定理 ………………………………… ２４３
　　　第一节　引言 ………………………………………………………… ２４３
　第二节　量子统计力学 ……………………………………………… ２４５
　　　一、本征态热化假设 …………………………………………… ２４５
　　　二、量子纠缠与典型性 ………………………………………… ２４６
　第三节　涨落定理的相关研究进展 ………………………………… ２４８
　　　一、ＢｏｃｈｋｏｖＫｕｚｏｖｌｅｖ涨落耗散关系（涨落定理的早期版本） … ２４８
　　　二、ＥｖａｎｓＳｅａｒｌｅｓ涨落定理 （涨落定理的现代表述）……… ２４８
　　　三、Ｊａｒｚｙｎｓｋｉ等式……………………………………………… ２４９
　　　四、Ｃｒｏｏｋｓ功涨落定理 （连接两个平衡态的涨落定理）…… ２５０
　　　五、涨落定理的实验验证 ……………………………………… ２５０
　　　六、随机热力学 ………………………………………………… ２５１
　第四节　展望 ………………………………………………………… ２５２
第三章　凝聚相量子动力学…………………………………………… ２５６
　　　第一节　引言 ………………………………………………………… ２５６
　第二节　理论方法的主要进展 ……………………………………… ２５６
　　　一、系统 环境方法 …………………………………………… ２５７ 
　　　二、有效近似方法 ……………………………………………… ２５９
　　　三、从不含时方法得到动力学信息 …………………………… ２６１
　　　四、凝聚相光谱理论与计算 …………………………………… ２６１
　第三节　总结与展望 ………………………………………………… ２６２
第四章　复杂分子体系电子激发态动力学理论方法 …………… ２６６
　　　第一节　引言 ………………………………………………………… ２６６
　第二节　理论方法的主要进展 ……………………………………… ２６７
　　　一、ＭＣＴＤＨ方法……………………………………………… ２６７
　　　二、混合量子 经典方法 ……………………………………… ２６８
　　　三、基于ＭｅｙｅｒＭｉｌｌｅｒＳｔｏｃｋＴｈｏｓｓｍａｐｐｉｎｇ模型的半经典
方法 ………………………………………………………… ２６９
　　　四、高斯波包方法 ……………………………………………… ２７０
　第三节　总结与展望 ………………………………………………… ２７１
第五章　数值路径积分方法展望 …………………………………… ２７４
　　　第一节　引言 ………………………………………………………… ２７４
　第二节　虚时间路径积分：路径积分分子动力学／蒙特卡罗
平衡统计方法 ……………………………………………… ２７６
　第三节　基于路径积分的实时间动力学方法 ……………………… ２７７
　第四节　总结和展望 ………………………………………………… ２８０
第六章　增强抽样 ……………………………………………………… ２８３
　　　第一节　引言 ………………………………………………………… ２８３
　第二节　分子模拟研究存在的主要科学问题及增强抽样方法的
发展 ………………………………………………………… ２８４
　　　一、分子模拟的时间与空间尺度问题 ………………………… ２８４
　　　二、分子模拟中的增强采样方法 ……………………………… ２８５
　　　三、对给定坐标空间的增强取样 ……………………………… ２８５
　　　四、无特定坐标的取样方法 …………………………………… ２８７
　　　五、轨迹空间的增强取样 ……………………………………… ２８９
　　　六、数据分析及取样 …………………………………………… ２９０ 
　第三节　展望 ………………………………………………………… ２９０
　第四节　小结 ………………………………………………………… ２９１
第七章　粗粒化理论思想……………………………………………… ２９５
　　　第一节　引言 ………………………………………………………… ２９５
　第二节　粗粒化方法发展历史、现状及挑战 ……………………… ２９６
　　　一、实用性方面的问题 ………………………………………… ２９８
　　　二、粗粒化方法学方面的问题 ………………………………… ２９９
　　　三、粗粒化方法的统计物理基础 ……………………………… ３００
　第三节　展望 ………………………………………………………… ３０１
第八章　高分子统计理论与数值模拟 ……………………………… ３０３
　　　第一节　引言 ………………………………………………………… ３０３
　第二节　高分子统计理论与数值模拟的现状与挑战 ……………… ３０４
　　　一、粗粒化分子动力学模拟方法的现状与挑战 ……………… ３０４
　　　二、高分子体系自洽场方法的现状及挑战 …………………… ３０７
　　　三、应用增强抽样方法的必要性 ……………………………… ３０８
　第三节　展望 ………………………………………………………… ３０８
第九章　生物分子统计模拟方法 …………………………………… ３１１
　　　第一节　引言 ………………………………………………………… ３１１
　第二节　生物分子统计模拟方法的发展介绍 ……………………… ３１２
　　　一、多元动力学方法 …………………………………………… ３１４
　　　二、马尔科夫态模型 …………………………………………… ３１５
　　　三、打桩算法 …………………………………………………… ３１６
　　　四、过渡路径抽样算法 ………………………………………… ３１６
　　　五、过渡界面采样方法 ………………………………………… ３１７
　　　六、前向流采样方法 …………………………………………… ３１７
　第三节　展望 ………………………………………………………… ３１８ 
第三篇　微观反应机理和反应动态学
第一章　微观反应机理和反应动态学概述 ………………………… ３２３ 　
第二章　气相小分子体系量子动力学
———气相小分子体系量子动力学研究的突破性进展、
面临的问题和展望…………………………………………… ３３０
　　　第一节　引言 ………………………………………………………… ３３０
　第二节　发展历史和现状 …………………………………………… ３３２
　　　一、势能面的构建 ……………………………………………… ３３２
　　　二、量子动力学 ………………………………………………… ３３４
　　　三、半经典动力学 ……………………………………………… ３３９
　　　四、经典力学在反应动力学中的应用 ………………………… ３４１
　第三节　展望 ………………………………………………………… ３４３
第三章　光化学反应机理和动力学 ………………………………… ３４６
　　　第一节　引言 ………………………………………………………… ３４６
　第二节　历史和现状 ………………………………………………… ３４７
　　　一、势能面锥形交叉结构和性质 ……………………………… ３４７
　　　二、非绝热动力学 ……………………………………………… ３５１
　　　三、羰基化合物光解离机理 …………………………………… ３５６
　　　四、金属配合物光催化水分解 ………………………………… ３５６
　第三节　展望：未来重要发展方向和重点研究的科学问题 ……… ３５８
第四章　热化学反应机理：气相和溶液中典型化学反应机理
———突破性进展、目前和未来要解决的重大问题和
一些思路 ……………………………………………………… ３６２
　　　第一节　引言 ………………………………………………………… ３６２
　第二节　研究现状和面临挑战及相关重要进展 …………………… ３６４
　　　一、计算精度和速度的挑战 …………………………………… ３６５ 
　　　二、溶剂效应的计算所面临的挑战 …………………………… ３６６
　　　三、新的计算方法和模型的提出 ……………………………… ３６７
　　　四、新的反应模式的提出 ……………………………………… ３６９
　　　五、对于复杂反应体系，如何能考虑到所有而不是有限的几条
反应途径 …………………………………………………… ３７０
　　　六、分叉过渡态（ｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｓｔａｔｅ）和非玻尔兹曼
（Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ）分布的反应考虑 …………………………… ３７１
　　　七、隧道效应的考虑 …………………………………………… ３７３
　　　八、体系中真正催化物种的认识的挑战 ……………………… ３７４
　　　九、反应规律的总结与归纳 …………………………………… ３７７
　　　十、利用反应机理信息来设计和指导化学反应条件的优化和
新反应的设计 ……………………………………………… ３７７
　第三节　展望 ………………………………………………………… ３８０
第五章　多相催化理论研究进展 …………………………………… ３８４
　　　第一节　引言 ………………………………………………………… ３８４
　第二节　发展历史和现状 …………………………………………… ３８６
　　　一、结构和活性的关联 ………………………………………… ３８６
　　　二、理性催化设计的基本判据 ………………………………… ３９０
　　　三、固液界面催化的理论方法 ………………………………… ３９２
　第三节　展望 ………………………………………………………… ３９７
第六章　光催化反应及相关理论与计算研究……………………… ４０１
　　　第一节　引言 ………………………………………………………… ４０１
　第二节　拓展光催化材料的光谱响应范围 ………………………… ４０２
　　　一、元素掺杂调控能带结构 …………………………………… ４０２
　　　二、固溶体调控能带结构 ……………………………………… ４０２
　　　三、ＴｉＯ２氢化调节能带结构…………………………………… ４０３
　　　四、复合光催化材料结构设计 ………………………………… ４０３
　　　五、近红外及全太阳谱光催化 ………………………………… ４０５
　第三节　提高光生载流子分离效率 ………………………………… ４０６
　　　一、复合半导体体系 …………………………………………… ４０６
　　　二、金属／半导体复合体系 …………………………………… ４０７
　　　三、石墨烯 （类石墨烯）／半导体复合体系 ………………… ４０７
　　　四、自发极化材料 ……………………………………………… ４０８
　第四节　光催化理论研究中的计算问题 …………………………… ４０８
　　　一、激发态问题 ………………………………………………… ４０９
　　　二、结构和尺度问题 …………………………………………… ４１０
　第五节　总结与展望 ………………………………………………… ４１２
第七章　煤转化过程的理论与计算
———回顾与前瞻……………………………………………… ４１５
　　　第一节　引言 ………………………………………………………… ４１５
　第二节　回顾过去、研究现状和存在的问题 ……………………… ４１６
　第三节　未来展望 …………………………………………………… ４２５
第八章　燃烧反应机理研究进展 …………………………………… ４３０
　　　第一节　引言 ………………………………………………………… ４３０
　第二节　燃烧机理研究现状和存在的主要问题 …………………… ４３１
　　　一、燃烧反应的基元过程 ……………………………………… ４３１
　　　二、燃烧复杂反应机理 ………………………………………… ４３７
　　　三、燃烧反应分子模拟 ………………………………………… ４４１
　第三节　展望 ………………………………………………………… ４４２
第九章　分子间弱相互作用与自组装理论 ………………………… ４４５
　　　第一节　引言 ………………………………………………………… ４４５
　第二节　分子间弱相互作用与自组装理论的发展及存在的问题…… ４４７
　　　一、分子间弱相互作用计算方法 ……………………………… ４４７
　　　二、自组装理论 ………………………………………………… ４４９
　第三节　展望 ………………………………………………………… ４５４
第四篇　材料科学中的问题
第一章　材料科学中的问题概述
———材料模拟对理论与计算化学的挑战 ……………… ４６１
　　　第一节　结构预测对理论与计算化学的挑战 ……………………… ４６２ 
　第二节　面向材料功能预测的微观理论 …………………………… ４６４
　第三节　材料的生长微观机理与动态演化 ………………………… ４６６
第二章　结构搜索方法 ………………………………………………… ４６９
　　　第一节　科学问题 …………………………………………………… ４６９
　第二节　稳态结构预测 ……………………………………………… ４７１
　第三节　过渡态结构预测 …………………………………………… ４７５
　第四节　未解决的问题与展望 ……………………………………… ４７８
第三章　复合材料表界面与微孔材料的计算模拟 ……………… ４８２
　　　第一节　引言 ………………………………………………………… ４８２
　第二节　关键科学问题、解决思路、面临的主要困难和挑战 …… ４８３
　　　一、表界面形貌及热力学性质的模拟 ………………………… ４８３
　　　二、表 （界）面分子及分子聚集体的电子结构 ……………… ４８６
　　　三、表 （界）面分子组装 ……………………………………… ４８７
　　　四、多孔材料的理论研究 ……………………………………… ４９０
　第三节　展望 ………………………………………………………… ４９４
第四章　非晶态材料理论计算领域的机遇与挑战 ……………… ４９７
　　　第一节　引言 ………………………………………………………… ４９７
　第二节　非晶态材料计算发展概述 ………………………………… ４９９
　　　一、非晶硅和锗 ………………………………………………… ４９９
　　　二、非晶磷族材料 （磷、砷、锑、铋） ……………………… ５０１
　　　三、非晶硫族材料 （硫、硒、碲） …………………………… ５０２
　　　四、硒、碲液晶相（ｌＳｅ，ｌＴｅ，ｌＳｅ狓Ｔｅ１狓） ……………… ５０４
　　　五、金属玻璃 …………………………………………………… ５０５
　第三节　非晶态材料计算方法面临的困难和挑战 ………………… ５０６
　第四节　非晶态材料理论研究的解决方案 ………………………… ５０８
　第五节　总结与展望 ………………………………………………… ５０８
第五章　极端条件下的材料结构 …………………………………… ５１２
　　　第一节　概述———主要科学问题 …………………………………… ５１２
　第二节　发展历史和现状，解决问题的思路和面临的主要
困难和挑战 ………………………………………………… ５１４ 
　　　一、成功的结构预测方法概述和解决问题的思路 …………… ５１４
　　　二、高压极端条件下材料结构预测的成功范例 ……………… ５１５
　　　三、尚未解决的关键科学问题 ………………………………… ５１７
　第三节　展望未来重要发展方向和重点研究的科学问题 ………… ５１８
　　　一、大尺度结构预测方法的发展 ……………………………… ５１８
　　　二、高压极端条件下的功能材料 ……………………………… ５１９
　　　三、行星内部材料的结构 ……………………………………… ５２１
第六章　生长机理的理论研究：现状与展望 ……………………… ５２４
　　　第一节　引言 ………………………………………………………… ５２４
　第二节　晶体生长理论简介 ………………………………………… ５２５
　第三节　生长机理研究中的关键科学问题 ………………………… ５２７
　　　一、复杂多通道反应路径的搜寻 ……………………………… ５２７
　　　二、生长动力学模型的建立 …………………………………… ５２９
　　　三、系统与环境的耦合 ………………………………………… ５３１
　　　四、生长的理论设计 …………………………………………… ５３２
　第四节　总结与展望 ………………………………………………… ５３２
第七章　光学材料的理论计算 ……………………………………… ５３６
　　　第一节　有机发光材料的理论与计算 ……………………………… ５３６
　　　一、引言 ………………………………………………………… ５３６
　　　二、分子激发态电子结构方法的进展及存在的问题 ………… ５３８
　　　三、分子激发态衰变过程的理论进展 ………………………… ５３９
　　　四、有机发光材料的理论研究进展 …………………………… ５４０
　第二节　非线性光学材料的计算 …………………………………… ５４２
　　　一、导数法 ……………………………………………………… ５４３
　　　二、非线性格林函数方法 ……………………………………… ５４３
　　　三、态求和方法 ………………………………………………… ５４４
　　　四、周期体系的非线性响应理论 ……………………………… ５４４
　第三节　总结与展望 ………………………………………………… ５４５
第八章　电子传输材料的理论模拟 ………………………………… ５５１
　　　第一节　引言 ………………………………………………………… ５５１
　第二节　无机半导体电荷传输 ……………………………………… ５５２
　　　一、声子散射 …………………………………………………… ５５２ 
　　　二、缺陷散射 …………………………………………………… ５５３
　　　三、载流子 载流子散射 ……………………………………… ５５３
　第三节　有机半导体电荷传输 ……………………………………… ５５４
　　　一、有机分子材料 ……………………………………………… ５５４
　　　二、聚合物材料 ………………………………………………… ５５８
　第四节　低维碳材料 ………………………………………………… ５５９
　第五节　分子电子学 ………………………………………………… ５６１
　第六节　展望 ………………………………………………………… ５６２
第九章　磁性材料与自旋调控 ……………………………………… ５６５
　　　第一节　科学问题 …………………………………………………… ５６５
　第二节　理论与方法发展 …………………………………………… ５６６
　第三节　磁性材料设计与自旋调控 ………………………………… ５７０
　　　一、新概念磁性材料 …………………………………………… ５７０
　　　二、自旋的电场控制 …………………………………………… ５７１
　第四节　前景与展望 ………………………………………………… ５７２
第十章　新型光伏材料与热电材料的理论模拟 ………………… ５７５
　　　第一节　新型光伏材料 ……………………………………………… ５７５
　　　一、有机太阳能电池相关研究 ………………………………… ５７６
　　　二、染料敏化太阳能电池相关研究 …………………………… ５７９
　　　三、钙钛矿太阳能电池相关研究 ……………………………… ５８２
　第二节　热电材料 …………………………………………………… ５８５
　　　一、研究进展和理论方法介绍 ………………………………… ５８６
　　　二、存在的问题和展望 ………………………………………… ５９０
第五篇　生命科学与药物化学中的问题
第一章　生命科学与药物化学中的问题概述……………………… ５９７ 　
第二章　生物大分子的量子化学计算与分子力场 ……………… ６０５
　　　第一节　引言 ………………………………………………………… ６０５ 
　第二节　生物大分子的量子分块计算方法 ………………………… ６０６
　第三节　生物分子力场与极化效应 ………………………………… ６０９
　第四节　量子力学和分子力学 （ＱＭ／ＭＭ）组合计算方法 ……… ６１１
　　　一、能量分析 …………………………………………………… ６１１
　　　二、区域和方法选择 …………………………………………… ６１３
　　　三、边界衔接 …………………………………………………… ６１３
　　　四、平衡态和非平衡态诱导极化 ……………………………… ６１５
　第五节　展望 ………………………………………………………… ６１６
第三章　生物分子动力学模拟方法 ………………………………… ６１９
　　　第一节　引言 ………………………………………………………… ６１９
　第二节　分子模拟方法 ……………………………………………… ６２０
　第三节　蛋白质 配体相互作用自由能计算 ……………………… ６２２
　第四节　粗粒化多尺度模型 ………………………………………… ６２５
　第五节　展望 ………………………………………………………… ６２９
第四章　生物分子中的电荷与能量转移 …………………………… ６３２
　　　第一节　引言 ………………………………………………………… ６３２
　第二节　电子转移过程 ……………………………………………… ６３３
　　　一、电子转移理论基础和发展现状 …………………………… ６３３
　　　二、电子转移的分子动力学模拟 ……………………………… ６３５
　　　三、电子转移的ＱＭ／ＭＭ模拟 ……………………………… ６３６
　第三节　质子转移过程 ……………………………………………… ６３８
　　　一、质子转移理论基础 ………………………………………… ６３８
　　　二、质子转移理论发展现状 …………………………………… ６３８
　第四节　质子耦合电子转移过程 …………………………………… ６４０
　　　一、质子耦合电子转移理论基础 ……………………………… ６４１
　　　二、质子耦合电子转移研究现状 ……………………………… ６４３
　第五节　生物分子中的电荷和能量转移发展前景展望 …………… ６４５
第五章　蛋白质结构与功能…………………………………………… ６４９
　　　第一节　引言 ………………………………………………………… ６４９
　第二节　蛋白质结构预测 …………………………………………… ６５０ 
　　　一、蛋白质结构预测的主要方法 ……………………………… ６５０
　　　二、ＣＡＳＰ与蛋白质结构预测方法展望 ……………………… ６５２
　第三节　金属蛋白质 ………………………………………………… ６５２
　　　一、金属蛋白的结构与其功能的关系 ………………………… ６５３
　　　二、金属蛋白的理论与计算模拟 ……………………………… ６５３
　第四节　膜蛋白质 …………………………………………………… ６５４
　　　一、膜蛋白质结构预测 ………………………………………… ６５５
　　　二、通道蛋白的分子模拟 ……………………………………… ６５５
　　　三、受体和转运体蛋白的模拟 ………………………………… ６５７
　　　四、脂质与蛋白相互作用 ……………………………………… ６５８
　第五节　蛋白质 蛋白质相互作用 ………………………………… ６５８
　　　一、复杂多样的蛋白质 蛋白质相互作用机制 ……………… ６５８
　　　二、蛋白质复合物结构的计算分析 …………………………… ６５９
　　　三、蛋白质 蛋白质复合物结构的预测与对接计算 ………… ６６０
　第六节　前景与展望 ………………………………………………… ６６２
第六章　蛋白质设计 …………………………………………………… ６６６
　　　第一节　引言 ………………………………………………………… ６６６
　第二节　蛋白质设计 ………………………………………………… ６６６
　　　一、蛋白质设计所涉及的主要计算方法 ……………………… ６６７
　　　二、全新蛋白质设计 （犱犲狀狅狏狅ｐｒｏｔｅｉｎｄｅｓｉｇｎ） …………… ６６８
　　　三、蛋白质功能设计 …………………………………………… ６６８
　第三节　蛋白质结构、功能与设计发展前景展望 ………………… ６７１
第七章　核酸与生物膜 ………………………………………………… ６７５
　　　第一节　引言 ………………………………………………………… ６７５
　第二节　核酸和蛋白质 核酸相互作用 …………………………… ６７６
　　　一、ＲＮＡ三级结构预测 ……………………………………… ６７６
　　　二、ＲＮＡ动力学 ……………………………………………… ６７７
　　　三、蛋白质ＤＮＡ分子对接 …………………………………… ６７７
　　　四、蛋白质ＲＮＡ复合体结构预测 …………………………… ６７８
　第三节　生物膜 ……………………………………………………… ６７９ 
　　　一、脂质力场 …………………………………………………… ６７９
　　　二、生物膜模拟 ………………………………………………… ６８０
　第四节　战略展望 …………………………………………………… ６８１
　　　一、核酸与蛋白质 核酸相互作用 …………………………… ６８１
　　　二、生物膜 ……………………………………………………… ６８１
第八章　生物大分子信号传导和网络 ……………………………… ６８５
　　　第一节　引言 ………………………………………………………… ６８５
　第二节　生物分子自组装 …………………………………………… ６８６
　　　一、生物分子自组装的发展现状 ……………………………… ６８６
　　　二、分子组装的功能设计 ……………………………………… ６８６
　　　三、分子组装的调控多样性 …………………………………… ６８７
　第三节　拥挤现象 …………………………………………………… ６８７
　　　一、拥挤现象的理论模型 ……………………………………… ６８７
　　　二、拥挤现象与生物表型的相关性 …………………………… ６８８
　第四节　生物分子相互作用及信号传导 …………………………… ６８８
　　　一、ＤＮＡ与蛋白质之间的相互作用 ………………………… ６８８
　　　二、ＲＮＡ与蛋白质之间的相互作用 ………………………… ６８９
　　　三、核酸与核酸之间的相互作用 ……………………………… ６９０
　　　四、蛋白质与蛋白质相互作用研究 …………………………… ６９０
　第五节　生物分子网络 ……………………………………………… ６９２
　　　一、基于生物分子网络的疾病基因和生物标记物识别 ……… ６９２
　　　二、基于生物分子网络的生物系统动力学研究 ……………… ６９３
　第六节　网络药理学 ………………………………………………… ６９４
　　　一、基于分子网络的多靶点药物和药物组合预测 …………… ６９４
　　　二、基于分子网络的药物重新定位 …………………………… ６９６
　第七节　展望 ………………………………………………………… ６９７
第九章　药物设计与开发……………………………………………… ７０１
　　　第一节　引言 ………………………………………………………… ７０１
　第二节　分子对接 …………………………………………………… ７０１
　第三节　打分函数 …………………………………………………… ７０３
　第四节　药效团、结构活性关系 …………………………………… ７０４ 
　第五节　药物治疗的微观作用机理 ………………………………… ７０５
　第六节　药物设计中的化学信息学 ………………………………… ７０７
　第七节　药代动力学性质和毒性预测 ……………………………… ７０９
　第八节　药物设计新思路 …………………………………………… ７１０
附录　关于建立 “计算化学软件平台专项”的建议 …………… ７１４
关键词索引………………………………………………………………… ７２６