One of the themes of modern molecular reaction dynamics is to characterize elementary chemical reactions from “quantum state to quantum state”, and the study of molecular reaction dynamics in excited states can help test the validity of modern chemical theories and provide methods to control chemical reactions. The subject of this review is to describe the recent experimental techniques used to study the reaction dynamics of metal atoms in the gas phase. Through these techniques, information such as the internal energy distribution and angular distribution of the nascent products or the three-dimensional stereodynamic reactivity can be obtained. In addition, by preparing metal atoms with specific excited electronic states or orbital arrangements, information about the reactivity of the electronic states enriches the relevant understanding of the electron transfer mechanism in metal reaction dynamics.

[1]
R. D.
Levine
,
Molecular Reaction Dynamics
,
Cambridge
:
Cambridge University Press
, (
2005
).
[2]
R. N.
Zare
,
Science
279
,
1875
(
1998
).
[3]
D. C.
Clary
,
Science
279
,
1879
(
1998
).
[4]
H.
Rabitz
,
R.
de Vivie-Riedle
,
M.
Motzkus
, and
K.
Kompa
,
Science
288
,
824
(
2000
).
[5]
S.
Yan
,
Y. T.
Wu
,
B. L.
Zhang
,
X. F.
Yue
, and
K. P.
Liu
,
Science
316
,
1723
(
2007
).
[6]
W.
Zhang
,
H.
Kawamata
, and
K.
Liu
,
Science
325
,
303
(
2009
).
[7]
F.
Wang
,
J. S.
Lin
, and
K.
Liu
,
Science
331
,
900
(
2011
).
[8]
F. Y.
Wang
,
K. P.
Liu
, and
T. P.
Rakitzis
,
Nat. Chem.
4
,
636
(
2012
).
[9]
B. L.
Yoder
,
R.
Bisson
, and
R. D.
Beck
,
Science
329
,
553
(
2010
).
[10]
D. R.
Glowacki
,
J.
Lockhart
,
M. A.
Blitz
,
S. J.
Klippenstein
,
M. J.
Pilling
,
S. H.
Robertson
, and
P. W.
Seakins
,
Science
337
,
1066
(
2012
).
[11]
P. M.
Hundt
,
B.
Jiang
,
M. E.
van Reijzen
,
H.
Guo
, and
R. D.
Beck
,
Science
344
,
504
(
2014
).
[12]
M.
Delor
,
P. A.
Scattergood
,
I. V.
Sazanovich
,
A. W.
Parker
,
G. M.
Greetham
,
A. J. H. M.
Meijer
,
M.
Towrie
, and
J. A.
Weinstein
,
Science
346
,
1492
(
2014
).
[13]
C. L.
Xiao
,
X.
Xu
,
S.
Liu
,
T.
Wang
,
W. R.
Dong
,
T. G.
Yang
,
Z. G.
Sun
,
D. X.
Dai
,
X.
Xu
,
D. H.
Zhang
, and
X. M.
Yang
,
Science
333
,
440
(
2011
).
[14]
T.
Wang
,
J.
Chen
,
T.
Yang
,
C.
Xiao
,
Z.
Sun
,
L.
Huang
,
D.
Dai
,
X.
Yang
, and
D. H.
Zhang
,
Science
342
,
1499
(
2013
).
[15]
T. G.
Yang
,
J.
Chen
,
L.
Huang
,
T.
Wang
,
C. L.
Xiao
,
Z. G.
Sun
,
D. X.
Dai
,
X. M.
Yang
, and
D. H.
Zhang
,
Science
347
,
60
(
2015
).
[16]
J. Y.
Yang
,
D.
Zhang
,
Z.
Chen
,
F.
Blauert
,
B.
Jiang
,
D. X.
Dai
,
G. R.
Wu
,
D. H.
Zhang
, and
X. M.
Yang
,
J. Chem. Phys.
143
,
044316
(
2015
).
[17]
D. F.
Yuan
,
S. R.
Yu
,
W. T.
Chen
,
J. W.
Sang
,
C.
Luo
,
T.
Wang
,
X.
Xu
,
P.
Casavecchia
,
X. A.
Wang
,
Z. G.
Sun
,
D. H.
Zhang
, and
X. M.
Yang
,
Nat. Chem.
10
,
653
(
2018
).
[18]
J. M.
Mestdagh
,
B.
Soep
,
M. A.
Gaveau
, and
J. P.
Visticot
,
Int. Rev. Phys. Chem.
22
,
285
(
2003
).
[19]
D.
Herschbach
,
Annu. Rev. Phys. Chem.
51
,
1
(
2000
).
[20]
M.
Polanyi
,
Atomic Reactions
,
London
:
Williams & Norgate, Ltd
., (
1932
).
[21]
Y. T.
Lee
,
Rev. Sci. Instrum.
40
,
1402
(
1969
).
[22]
D. R.
Herschbach
,
Angew. Chem. Int. Ed. Engl.
26
,
1221
(
1987
).
[23]
Y. T.
Lee
,
Angew. Chem. Int. Ed. Engl.
26
,
939
(
1987
).
[24]
E. H.
Taylor
and
S.
Datz
,
J. Chem. Phys.
23
,
1711
(
1955
).
[25]
D. R.
Herschbach
,
Discuss. Faraday Soc.
33
,
149
(
1962
).
[26]
Y. T.
Lee
,
J. D.
McDonald
,
P. R.
LeBreton
, and
D. R.
Herschbach
,
Rev. Sci. Instrum.
40
,
1402
(
1969
).
[27]
M. F.
Vernon
,
H.
Schmidt
,
P. S.
Weiss
,
M. H.
Covinsky
, and
Y. T.
Lee
,
J. Chem. Phys.
84
,
5580
(
1986
).
[28]
H. F.
Davis
,
A. G.
Suits
, and
Y. T.
Lee
,
J. Chem. Phys.
96
,
6710
(
1992
).
[29]
H. F.
Davis
,
A. G.
Suits
,
Y. T.
Lee
,
C.
Alcaraz
, and
J. M.
Mestdagh
,
J. Chem. Phys.
98
,
9595
(
1993
).
[30]
A. G.
Suits
,
P.
Depujo
,
O.
Sublemontier
,
J. P.
Visticot
,
J.
Berlande
,
J.
Cuvellier
,
T.
Gustavsson
,
J. M.
Mestdagh
,
P.
Meynadier
, and
Y. T.
Lee
,
J. Chem. Phys.
97
,
4094
(
1992
).
[31]
A. G.
Suits
,
H.
Hou
,
H. F.
Davis
, and
Y. T.
Lee
,
J. Chem. Phys.
96
,
2777
(
1992
).
[32]
A. G.
Suits
,
H. T.
Hou
, and
Y. T.
Lee
,
J. Phys. Chem.
94
,
5672
(
1990
).
[33]
A. G.
Suits
,
H. T.
Hou
,
H. F.
Davis
,
Y. T.
Lee
, and
J. M.
Mestdagh
,
J. Chem. Phys.
95
,
8178
(
1991
).
[34]
M. A.
Duncan
,
Rev. Sci. Instrum.
83
,
041101
(
2012
).
[35]
K.
Liu
and
J. M.
Parson
,
J. Chem. Phys.
67
,
1814
(
1977
).
[36]
T. G.
Dietz
,
M. A.
Duncan
,
D. E.
Powers
, and
R. E.
Smalley
,
J. Chem. Phys.
74
,
6511
(
1981
).
[37]
D. E.
Powers
,
S. G.
Hansen
,
M. E.
Geusic
,
A. C.
Puiu
,
J. B.
Hopkins
,
T. G.
Dietz
,
M. A.
Duncan
,
P. R. R.
Langridgesmith
, and
R. E.
Smalley
,
J. Phys. Chem.
86
,
2556
(
1982
).
[38]
M.
Costes
,
C.
Naulin
,
G.
Dorthe
,
C.
Vaucamps
, and
G.
Nouchi
,
Faraday Discuss.
84
,
75
(
1987
).
[39]
C.
Naulin
and
M.
Costes
,
Chem. Phys. Lett.
310
,
231
(
1999
).
[40]
K.
Honma
,
J. Chem. Phys.
119
,
3641
(
2003
).
[41]
C. W.
Dong
,
J. X.
Liu
,
F. F.
Li
, and
F. Y.
Wang
,
Chin. J. Chem. Phys.
29
,
99
(
2016
).
[42]
J. C.
Weisshaar
,
Adv. Chem. Phys.
82
,
213
(
1992
).
[43]
J. C.
Weisshaar
,
Acc. Chem. Res.
26
,
213
(
1993
).
[44]
J. J.
Carroll
,
K. L.
Haug
, and
J. C.
Weisshaar
,
J. Am. Chem. Soc.
115
,
6962
(
1993
).
[45]
J. J.
Carroll
and
J. C.
Weisshaar
,
J. Phys. Chem.
100
,
12355
(
1996
).
[46]
D.
Ritter
,
J. J.
Carroll
, and
J. C.
Weisshaar
,
J. Phys. Chem.
96
,
10636
(
1992
).
[47]
J. J.
Carroll
,
J. C.
Weisshaar
,
P. E. M.
Siegbahn
,
C. A. M.
Wittborn
, and
M. R. A.
Blomberg
,
J. Phys. Chem.
99
,
14388
(
1995
).
[48]
J. J.
Carroll
,
K. L.
Haug
,
J. C.
Weisshaar
,
M. R. A.
Blomberg
,
P. E. M.
Siegbahn
, and
M.
Svensson
,
J. Phys. Chem.
99
,
13955
(
1995
).
[49]
L.
Lian
,
S. A.
Mitchell
, and
D. M.
Rayner
,
J. Phys. Chem.
98
,
11637
(
1994
).
[50]
C. E.
Brown
,
S. A.
Mitchell
, and
P. A.
Hackett
,
Chem. Phys. Lett.
191
,
175
(
1992
).
[51]
S. A.
Mitchell
and
P. A.
Hackett
,
J. Chem. Phys.
93
,
7822
(
1990
).
[52]
M. L.
Campbell
,
J. Chem. Soc. Faraday T.
94
,
353
(
1998
)
[53]
X.
Yang
and
P. J.
Dagdigian
,
J. Chem. Phys.
109
,
8920
(
1998
).
[54]
D. M.
Manos
and
J. M.
Parson
,
J. Chem. Phys.
63
,
3575
(
1975
).
[55]
M.
Costes
,
C.
Naulin
,
G.
Dorthe
,
G.
Daleau
,
J.
Joussotdubien
,
C.
Lalaude
,
M.
Vinckert
,
A.
Destor
,
C.
Vaucamps
, and
G.
Nouchi
,
J. Phys. E: Sci. Instrum.
22
,
1017
(
1989
).
[56]
D. R.
Preuss
,
S. A.
Pace
, and
J. L.
Gole
,
J. Chem. Phys.
71
,
3553
(
1979
).
[57]
M.
Ishida
,
T.
Higashiyama
,
Y.
Matsumoto
, and
K.
Honma
,
J. Chem. Phys.
122
,
204312
(
2005
).
[58]
K.
Honma
,
J. Chem. Phys.
119
,
3641
(
2003
).
[59]
K.
Honma
,
K.
Miyashita
, and
Y.
Matsumoto
,
J. Chem. Phys.
140
,
214304
(
2014
).
[60]
P. A.
Willis
,
H. U.
Stauffer
,
R. Z.
Hinrichs
, and
H. F.
Davis
,
Rev. Sci. Instrum.
70
,
2606
(
1999
).
[61]
P. J.
Dagdigian
,
H. W.
Cruse
, and
R. N.
Zare
,
J. Chem. Phys.
62
,
1824
(
1975
).
[62]
L.
Pasternack
and
P. J.
Dagdigian
,
J. Chem. Phys.
67
,
3854
(
1977
).
[63]
K. M.
Chen
,
C. H.
Sung
,
J. L.
Chang
,
T. H.
Chung
, and
K. H.
Lee
,
Chem. Phys. Lett.
240
,
17
(
1995
).
[64]
H. W.
Cruse
,
P. J.
Dagdigia
, and
R. N.
Zare
,
Faraday Discuss.
55
,
277
(
1973
).
[65]
A. C.
Luntz
and
R. D.
Beck
,
J. Vac. Sci. Technol. A
35
,
05C201
(
2017
).
[66]
X. G.
Guo
,
G. Z.
Fang
,
G.
Li
,
H.
Ma
,
H. J.
Fan
,
L.
Yu
,
C.
Ma
,
X.
Wu
,
D. H.
Deng
,
M. M.
Wei
,
D. L.
Tan
,
R.
Si
,
S.
Zhang
,
J. Q.
Li
,
L. T.
Sun
,
Z. C.
Tang
,
X. L.
Pan
, and
X. H.
Bao
,
Science
344
,
616
(
2014
).
[67]
Y. X.
Zhao
,
B.
Yang
,
H. F.
Li
,
Y.
Zhang
,
Y.
Yang
,
Q. Y.
Liu
,
H. G.
Xu
,
W. J.
Zheng
, and
S. G.
He
,
Angew. Chem. Int. Edit.
59
,
21216
(
2020
).
[68]
G. J.
Wang
,
M. H.
Chen
, and
M. F.
Zhou
,
Chem. Phys. Lett.
412
,
46
(
2005
).
[69]
A. M. C.
Wittborn
,
M.
Costas
,
M. R. A.
Blomberg
, and
P. E. M.
Siegbahn
,
J. Chem. Phys.
107
,
4318
(
1997
).
[70]
M.
Svensson
,
M. R. A.
Blomberg
, and
P. E. M.
Siegbahn
,
J. Am. Chem. Soc.
113
,
7076
(
1991
).
[71]
P. E. M.
Siegbahn
,
M. R. A.
Blomberg
, and
M.
Svensson
,
J. Am. Chem. Soc.
115
,
4191
(
1993
).
[72]
M. R. A.
Blomberg
,
P. E. M.
Siegbahn
, and
M.
Svensson
,
J. Am. Chem. Soc.
114
,
6095
(
1992
).
[73]
D.
Ritter
and
J. C.
Weisshaar
,
J. Am. Chem. Soc.
112
,
6425
(
1990
).
[74]
P. A.
Willis
,
H. U.
Stauffer
,
R. Z.
Hinrichs
, and
H. F.
Davis
,
J. Chem. Phys.
108
,
2665
(
1998
).
[75]
R. Z.
Hinrichs
,
P. A.
Willis
,
H. U.
Stauffer
,
J. J.
Schroden
, and
H. F.
Davis
,
J. Chem. Phys.
112
,
4634
(
2000
).
[76]
P. B.
Armentrout
,
Annu. Rev. Phys. Chem.
41
,
313
(
1990
).
[77]
C. R.
Gebhardt
,
T. P.
Rakitzis
,
P. C.
Samartzis
,
V.
Ladopoulos
, and
T. N.
Kitsopoulos
,
Rev. Sci. Instrum.
72
,
3848
(
2001
).
[78]
J. J.
Lin
,
J.
Zhou
,
W.
Shiu
, and
K.
Liu
,
Rev. Sci. Instrum.
74
,
2495
(
2003
).
[79]
M. N.
Ashfold
,
N. H.
Nahler
,
A. J.
Orr-Ewing
,
O. P.
Vieuxmaire
,
R. L.
Toomes
,
T. N.
Kitsopoulos
,
I. A.
Garcia
,
D. A.
Chestakov
,
S. M.
Wu
, and
D. H.
Parker
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
8
,
26
(
2006
).
[80]
D. W.
Chandler
and
P. L.
Houston
,
J. Chem. Phys.
87
,
1445
(
1987
).
[81]
A. T. J. B.
Eppink
and
D. H.
Parker
,
Rev. Sci. Instrum.
68
,
3477
(
1997
).
[82]
K.
Honma
and
Y.
Matsumoto
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
13
,
8236
(
2011
).
[83]
K.
Honma
and
Y.
Matsumoto
,
J. Chem. Phys.
136
,
034301
(
2012
).
[84]
K.
Honma
,
K.
Miyashita
, and
Y.
Matsumoto
,
J. Chem. Phys.
140
,
214304
(
2014
).
[85]
F.
Li
,
C.
Dong
,
J.
Chen
,
J.
Liu
,
F.
Wang
, and
X.
Xu
,
Chem. Sci.
9
,
488
(
2018
).
[86]
D.
Yan
,
Y. J.
Ma
,
F. F.
Li
,
J. X.
Liu
,
G. J.
Wang
, and
F. Y.
Wang
,
Chin. J. Chem. Phys.
33
,
239
(
2020
).
[87]
K.
Honma
and
Y.
Matsumoto
,
J. Chem. Phys.
136
,
034301
(
2012
).
[88]
K.
Honma
and
Y.
Tanaka
,
J. Chem. Phys.
142
,
154307
(
2015
).
[89]
T. H.
Wong
and
P. D.
Kleiber
,
J. Chem. Phys.
102
,
6476
(
1995
).
[90]
C.
Xu
,
A. M.
Le Quere
,
T.
Burkholder
,
L.
Manceron
, and
L.
Andrews
, “Reactions of Actions of Group III Metal Atom with Ethylene and Carbon Dioxide Molecules: A Matrix Isolation Study
In Gas Phase Metal Reactions
,
Amsterdam
:
Elsevier
,
121
(
1992
).
[91]
X.
Wu
,
L.
Zhao
,
J.
Jin
,
S.
Pan
,
W.
Li
,
X.
Jin
,
G.
Wang
,
M.
Zhou
, and
G.
Frenking
,
Science
361
,
912
(
2018
).
[92]
A. J.
OrrEwing
,
J. Chem. Soc. Faraday Trans.
92
,
881
(
1996
).
[93]
P. W.
Harland
, H. S. C. Jr.,
L. F.
Phillips
, and
P. R.
Brooks
,
J. Chem. Phys.
93
,
1089
(
1990
).
[94]
P. R.
Brooks
,
P. W.
Harland
,
L. F.
Phillips
, and
H. S.
Carman
,
J. Phys. Chem.
96
,
1557
(
1992
).
[95]
P. R.
Brooks
,
Science
193
,
11
(
1976
).
[96]
D. H.
Parker
and
R. B.
Bernstein
,
Annu. Rev. Phys. Chem.
40
,
561
(
1989
).
[97]
H. J.
Loesch
,
Annu. Rev. Phys. Chem.
46
,
555
(
1995
).
[98]
M. H. M.
Janssen
,
D. H.
Parker
, and
S.
Stolte
,
J. Phys. Chem.
95
,
8142
(
1991
).
[99]
D. H.
Parker
,
H.
Jalink
, and
S.
Stolte
,
J. Phys. Chem.
91
,
5427
(
1987
).
[100]
H. J.
Loesch
and
F.
Stienkemeier
,
J. Chem. Phys.
100
,
4308
(
1994
).
[101]
D. H.
Parker
,
K. K.
Chakravorty
, and
R. B.
Bernstein
,
Chem. Phys. Lett.
86
,
113
(
1982
).
[102]
H.
Jalink
,
D. H.
Parker
, and
S.
Stolte
,
J. Chem. Phys.
85
,
5372
(
1986
).
[103]
M. H. M.
Janssen
,
D. H.
Parker
, and
S.
Stolte
,
J. Phys. Chem.
95
,
8142
(
1991
).
[104]
H.
Jalink
,
S.
Stolte
, and
D. H.
Parker
,
Chem. Phys. Lett.
140
,
215
(
1987
).
[105]
C. T.
Rettner
and
R. N.
Zare
,
J. Chem. Phys.
75
,
3636
(
1981
).
[106]
C. T.
Rettner
and
R. N.
Zare
,
J. Chem. Phys.
77
,
2416
(
1982
).
[107]
G.
Ding
,
W.
Sun
,
W.
Yang
,
D.
Xu
,
R.
Zhao
,
G.
He
, and
N.
Lou
,
Chem. Phys. Lett.
265
,
392
(
1997
).
[108]
P. S.
Weiss
,
J. M.
Mestdagh
,
M. H.
Covinsky
,
B. A.
Balko
, and
Y. T.
Lee
,
Chem. Phys.
126
,
93
(
1988
).
[109]
P. S.
Weiss
,
J. M.
Mestdagh
,
H.
Schmidt
,
M. H.
Covinsky
, and
Y. T.
Lee
,
J. Phys. Chem.
95
,
3005
(
1991
).
[110]
F.
Wang
,
J. S.
Lin
, and
K.
Liu
,
J. Chem. Phys.
140
,
084202
(
2014
).
[111]
F.
Wang
and
K.
Liu
,
Chin. J. Chem. Phys.
26
,
705
(
2013
).
[112]
H.
Pan
,
F.
Wang
, and
K.
Liu
,
J. Phys. Chem. A
124
,
6573
(
2020
).
[113]
D. F.
Yuan
,
Y. F.
Guan
,
W. T.
Chen
,
H. L.
Zhao
,
S. R.
Yu
,
C.
Luo
,
Y. X.
Tan
,
T.
Xie
,
X. G.
Wang
,
Z. G.
Sun
,
D. H.
Zhang
, and
X. M.
Yang
,
Science
362
,
1289
(
2018
).
This content is only available via PDF.
You do not currently have access to this content.