电子转移现象广泛存在于许多生命过程之中,例如在呼吸作用、新陈代谢、光合作用、生物固氮、基因复制与突变、生物体内的信号传递等过程中都涉及到电子传递的问题。有关生物体内电子转移的研究也是目前物理、化学、生物和医学等领域所共同关心的热点问题之一,它的解决对于推动化学、生命科学、医学等相关领域的发展起着至关重要的作用。而在长程的电子转移过程中,往往会有许多电子转移中继站来充当电子转移的跳板,从而促使整个电子转移过程的完成。而质子化的氨基基团广泛存在于生命体系中,并且能与水簇分子结合在一起作为电子转移中继站。在本篇文章中,我们围绕着溶剂化的质子化氨基基团对过剩电子束缚作用这一主题,我们开展了一系列的工作,并取得了有价值的研究成果,主要成果简述如下：1.溶剂化状态下的-NH3+对电子束缚过程的动力学研究在此项工作中,我们采用量子化学计算和从头算动力学相结合的方法来研究过剩电子在蛋白质中的质子化氨基基团水簇中的束缚模式以及其动力学演化行为。我们将氨基酸的质子化氨基基团侧链(-NH3+)模型化为CH3NH3+, CH3NH3+与大量的水分子组成了各种各样的CH3NH3+水簇。当过剩电子注入到CH3NH3+水簇以后,我们对过剩电子的俘获状态以及过剩电子的动力学行为进行了分析。我们除了观察到定域态和离域态的过剩电子以外,在一些质子化甲胺水化簇中,当—NH3+暴露在水簇的表面或者直接束缚电子的时候,我们还观察到N-H键会发生断裂,以及N-H键断裂所造成的H自由基离去的现象。过剩电子在质子化甲胺簇中的束缚模式和分子的热动力学决定了过剩电子不同状态之间的转化、N-H键的断裂、以及氢自由基的离去。氢自由基之所以能够离去,主要是由于过剩电子占据到了N-H键的反键轨道上从而削弱了N-H键,引发N-H键的断裂。在整篇文章里我们对以上内容作了系统研究,并提供了一下有关信息：蛋白质中的溶剂化-NH3+簇对过剩电子的束缚模式,电荷的长程迁移过程、H自由基产生的机理等。2.束缚电子后的不同溶剂化-NH3+簇的稳定性能的研究此项工作中,选取质子化甲胺与不同数目的水分子组成不同的水簇为研究对象。一方面系统研究了过剩电子在这些不同水簇中的分布状态；另一方面系统研究了-NH3+基团中N-H键束缚电子和水分子中O-H键束缚电子时,过剩电子所引起的N-H/O-H键的键能的变化。过剩电子在较小的质子化甲胺水簇中一般会以里德堡态、表面态、笼状的形式存在。里德堡态的过剩电子在质子化甲胺水簇中是最不稳定的,过剩电子处于里德堡态时最容易转移到N-H键的反键轨道上从而引起N-H键的断裂和H自由基的生成；表面态的过剩电子是在较小的质子化甲胺团簇中分布最为广泛的,并且比较容易引起N-H键的断裂和H自由基的生成；而笼状的过剩电子在质子化甲胺团簇中是能够稳定存在的,并且不容易转移到N-H键的反键轨道上引起N-H键的断裂。当过剩电子由-NH3+基团的悬挂氢来进行束缚时,较容易引起N-H键的断裂,但是当过剩电子由O-H键的悬挂氢进行束缚时并不容易引起O-H键的断裂。只有当质子化甲胺水簇能够为过剩电子提供低能级的O-H反键轨道,并且过剩电子主要由水分子的O-H键来进行束缚时,O-H键才会发生断裂,才能生成H自由基。O-H键断裂的过程和氢自由基生成的过程可以通过双质子的非协同迁移机理来解释。O-H键首先发生断裂,然后-NH3+基团的质子前去进攻O原子,从而形成新的水分子。