綜合

1? 教學(xué)相長(zhǎng)，理論與實(shí)踐相結(jié)合

1927年，量子化學(xué)的誕生開啟了探索微觀化學(xué)世界之門。但直到50年代末，量子化學(xué)還處于理論發(fā)展階段，并且我國(guó)關(guān)于它的一切還停留在淺表性研究。

尚未碩士畢業(yè)的劉若莊在跟隨物理化學(xué)家唐敖慶教授進(jìn)行科學(xué)研究時(shí)，逐漸將注意力放在化學(xué)反應(yīng)的理論應(yīng)用上，并形成將已有理論應(yīng)用于實(shí)際例子以說明或解決問題的科研思路。這也為中國(guó)量子化學(xué)的發(fā)展開創(chuàng)了一個(gè)新的方向，即應(yīng)用量子化學(xué)。

1951年，劉若莊被聘請(qǐng)到輔仁大學(xué)任教。因1952年全國(guó)高校院系調(diào)整，他隨輔仁大學(xué)化學(xué)系一同并入北京師范大學(xué)。當(dāng)時(shí)北京師范大學(xué)還處于重教學(xué)、輕科研的狀態(tài)，劉若莊以超前的認(rèn)識(shí)和獨(dú)到的見解，不斷向領(lǐng)導(dǎo)提出建議。他認(rèn)為科研與教學(xué)是相輔相成的，高校任課老師必須要有科學(xué)研究，在與同行交流中了解先進(jìn)理論，在科研中掌握實(shí)踐技能，提高教學(xué)能力。

1955年，劉若莊重新拾起因繁重教學(xué)而被擱置的真正的科學(xué)研究。受L.C.Pauling的《化學(xué)鍵的本質(zhì)》一書及唐敖慶教授的文章啟發(fā)，他開始研究“水分子間氫鍵的鍵能”課題。

氫鍵，是氫原子同時(shí)和兩個(gè)電負(fù)性較大的原子如氮、氧、硫結(jié)合形成的相互作用。這種相互作用廣泛存在于有機(jī)體系和生物體系，是深入理解化學(xué)反應(yīng)和生命現(xiàn)象及過程的不可忽略的基本科學(xué)問題。

劉若莊將化學(xué)鍵作用能的近似計(jì)算公式和理論方法應(yīng)用計(jì)算氫鍵鍵作用，以量子力學(xué)原理出發(fā)得到水分子模型，計(jì)算水分子中氫鍵的鍵能，從而說明了形成氫鍵的主要作用力。這種創(chuàng)造性地利用電子云的概念解釋氫鍵本質(zhì)的方法遠(yuǎn)優(yōu)于當(dāng)時(shí)國(guó)際上流行的點(diǎn)電荷模型。這也意味著劉若莊在獨(dú)立學(xué)術(shù)研究道路上邁出了重要的一步。

隨后劉若莊又對(duì)氫鍵進(jìn)行了其他方面研究。

60年代初期，他帶領(lǐng)學(xué)生研究紫外吸收光譜，通過對(duì)比其他形成氫鍵的體系的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，證實(shí)異丁基異腈、異丙基異腈與萘酚之間可以形成氫鍵，并且從量子化學(xué)角度，采用電子配對(duì)法，對(duì)異腈與羥基形成氫鍵的共價(jià)成鍵作用的大小以及離位能進(jìn)行計(jì)算，從理論上說明異腈與羥基之間能夠形成氫鍵。

這項(xiàng)工作被錄入1965年“全國(guó)科學(xué)技術(shù)研究成果”中。劉若莊的理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的科研思路不僅走通了，走得還分外順利。這在60年代前后，無疑是超前的。

2? 借改革春風(fēng)，開展系統(tǒng)量化研究

1974年，劉若莊與北京師范大學(xué)其他學(xué)科同仁組成了量子力學(xué)小組，以多學(xué)科結(jié)合形式開展對(duì)量子力學(xué)的研究、探討。他們用量子化學(xué)方法研究離子注入機(jī)理的工作成果，后獲得1978年科學(xué)大會(huì)獎(jiǎng)。

1978年，劉若莊和同事一起創(chuàng)辦了量子化學(xué)研究室（2005年與物理化學(xué)教研室合并，更名為理論與物理化學(xué)研究所），并開始研究生培養(yǎng)。面對(duì)著師資力量和硬件設(shè)備的嚴(yán)重缺乏，他與同事通過自力更生和爭(zhēng)取外部資源，解決一個(gè)個(gè)困難。

缺少合適的教材，他們就自己根據(jù)課程安排編寫;缺乏重要課程的老師，他們就請(qǐng)校內(nèi)和兄弟院校的知名老師前來訪問講學(xué)，為學(xué)生傳授先進(jìn)的知識(shí)。這使得量子化學(xué)研究室一開始就以高起點(diǎn)開展教學(xué)和科研工作，在研究室教學(xué)中也逐漸形成了理論與實(shí)踐相結(jié)合、占領(lǐng)學(xué)術(shù)制高點(diǎn)的人才培養(yǎng)模式。

為了實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新和突破，他最先嘗試將能量分解方案發(fā)展用于分析反應(yīng)過程中過渡態(tài)和中間體各組分間的作用本質(zhì)，并且完成了贗勢(shì)能量分解方案和能量梯度法。

“贗勢(shì)”顧名思義，是一種假想的位勢(shì)，是為了簡(jiǎn)化計(jì)算而發(fā)展起來的一種經(jīng)驗(yàn)方法。一般認(rèn)為，原子之間的相互作用是由原子的價(jià)層電子決定的，而內(nèi)層電子的貢獻(xiàn)很小甚至可以忽略，因此，在研究體系的狀態(tài)變化時(shí)，只考慮價(jià)層電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化就足夠了，而內(nèi)層電子的運(yùn)動(dòng)可以近似地用事先擬合好假想的勢(shì)函數(shù)表示。

1984年，他提出新的贗勢(shì)能量分解方案和贗勢(shì)能量梯度法，創(chuàng)造性地采用贗勢(shì)從頭算法，來代替日本著名量子化學(xué)家Morokuma的能量分解方案中的全電子從頭算法，得到了一種以贗勢(shì)從頭算為基礎(chǔ)的變分能量分解方案，從而使含重原子的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的研究得以實(shí)現(xiàn)。這項(xiàng)工作在1987年讓劉若莊榮獲國(guó)家教委科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

3? 挑戰(zhàn)新難題，探索光化學(xué)領(lǐng)域

不滿足于平淡的重復(fù)性工作，喜歡不斷挑戰(zhàn)新難題的劉若莊保持著對(duì)未知世界的好奇和探索精神，開始向光化學(xué)領(lǐng)域的奮進(jìn)。

他與學(xué)生方維海在研究丙烯醛的光解離反應(yīng)機(jī)理時(shí)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前結(jié)論雖可以研究清楚基態(tài)和激發(fā)態(tài)的兩條反應(yīng)途徑，但已有結(jié)果無法解釋反應(yīng)如何回到三重態(tài)。不滿足于當(dāng)前成就的他們花費(fèi)大量時(shí)間深入研究，最終得到了一個(gè)新發(fā)現(xiàn)，即廣為接受的不交叉規(guī)則對(duì)于多原子體系來說具有局限性，認(rèn)為含三個(gè)或以上原子的體系，原理上勢(shì)能面之間是可能交叉的。

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)技術(shù)的改善，這個(gè)發(fā)現(xiàn)已被證實(shí)。他們還總結(jié)出研究光化學(xué)反應(yīng)的有效途徑之一是將ROHF和MRCI相結(jié)合，并創(chuàng)造性地將反應(yīng)途徑方法用于研究激發(fā)態(tài)反應(yīng)的全過程。

1998年，劉若莊與得意門生方維海再度攜手合作，繼續(xù)光化學(xué)反應(yīng)研究。在他們科研成果的推動(dòng)下，北京師范大學(xué)化學(xué)系成為國(guó)內(nèi)理論光化學(xué)領(lǐng)域的一面旗幟，在國(guó)際上享有盛譽(yù)。

1999年，劉若莊當(dāng)選為中國(guó)科學(xué)院院士，十幾年后，他的學(xué)生方維海也當(dāng)選為中國(guó)科學(xué)院院士。

2003年，他們的成果“勢(shì)能面交叉與光化學(xué)反應(yīng)的基礎(chǔ)理論研究”榮獲教育部自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。這項(xiàng)工作結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)，解決了系列有機(jī)分子光化學(xué)反應(yīng)的詳細(xì)機(jī)理問題，應(yīng)用和發(fā)展了量子化學(xué)的理論方法。

劉若莊一生專注科研，他的精神將永遠(yuǎn)激勵(lì)著后輩學(xué)子奮斗前行，獻(xiàn)身科研，為祖國(guó)的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

劉若莊心語

搞科研首先要有自己的研究方向，要有自己的想法。要老跟著原先導(dǎo)師做，就不會(huì)有自己的發(fā)展。

搞科研要不怕吃苦，做科學(xué)研究要有執(zhí)著精神。一個(gè)人哪怕只做出一點(diǎn)點(diǎn)的成績(jī)，都需要艱苦奮斗，沒有什么巧的路可走。

做學(xué)問不能固步自封，拓寬國(guó)際視野十分重要。

教了一輩子的書，能夠成為對(duì)學(xué)生在做人、做學(xué)問方面有所幫助的好老師，是我一生的追求。我希望我做到了這一點(diǎn)。

我覺得我是中等人才，不是什么特別聰明的人，但我很努力。

雖然我這一輩子都不太平坦，但是讀書期間很幸運(yùn)，總能碰到好老師。