孔繁敖教授一直从事激光化学和分子反应动力学的研究，曾参加或组织六个有关的攀登计划、重大基金和973研究项目，二个实验室的建设，共发表论文169篇，其中被SCI收录的论文94篇;被引用299次（他人引用），培养了23名硕、博士研究生，推动了这一交叉学科在我国的发展。

一.单分子反应(分子的激光光解)

1.红外激光光解
    七十年代末，激光化学刚刚兴起，热点是强红外激光引发分子的多光子解离。普遍认为在光解时振动能必然在分子中呈统计分布。孔繁敖在美国Wittig小组中精细地测量了光解碎片CN的振动和转动能分布，发现其母体分子CF3CN的振动能在光解时并不遵从统计规律，使人们更全面地认识红外多光子光解1。文章被引用了51次。在国内曾用红外多光子光解法成功地富集了SF6中的34S和BCl3中的7B同位素，因此获得了中国科学院1980年重大科技成果一等奖（排名第五）。

2.紫外激光化学
    八十年代激光化学的主流是紫外光解分子。孔繁敖的研究澄清了若干复杂光解，即多光子、多步、多碎片或多通道光解反应的机理。①多光子光解：验证了NH3、PH3、AsH3、SbH3和AlH3的光解是双光子过程，再用不同的激光光谱法和量子化学法找出了各自的中间能级，从而弄清了光解的过程。②多步光解:研究多步光解的典型分子是丙酮，光解时要断掉二个C-C键，一直有分步或协同断键的争议。诺贝尔奖获得者Zewail用飞秒激光，李远哲用分子束都曾对此探讨。孔繁敖先用量子化学计算中间物的能级，再选用二束不同波长激光，顺序光解丙酮及中间物CH3CO，并用动态红外光谱检测到终产物CO，从而实现了完整的分步光解。③多碎片光解： Cl2C2O2光解的三分裂和四分裂碎片的动态光谱表明了它一部分是协同断键，另一部分是分步断键。④多通道光解：他们用从头算法找出甲酸分子基态和电子激发态各有二个通道，并在光解实验中找出这四个通道的产物和测量了它们的分支比，由此证明电子态的交叉是造成多通道解离的重要原因。以上文章被引用了51次。在此基础之上还顺利地开展了《固体推进剂的激光分解》的国防研究任务。

二.双分子反应

1.气相自由基反应
    气相反应大多是自由基的反应，其产物和机理大都不清楚。九十年代以来，孔繁敖选择了碳氢物燃烧及NOx形成中12种最重要的小自由基（CH, CH2, CH3, C2H, C2H3, C3H3, C3H5, H, O, Cl, OH, HCO）跟O2, NO, NO2, N2O, CO,或 CO2等所发生的24种基元化学反应，逐一用时间分辨红外发射光谱检测，确认了主要产物和通道。共观察到45个初生产物，其中33个为首次确认，占到采用各种方法所发现的总数为50个产物的66%；由此确认了27个基元反应通道，其中25个为首次确认，占当时总共确认的33个通道的75%。又和国内多家理论小组合作用量子化学方法确定了中间物和过渡态，找出了反应可能的途径，用经典轨线法研究了动力学。通过以上的研究不仅弄清了这些重要反应的通道和机理，也深化了对燃烧化学和NOx污染形成的认识，具有深远的影响。这些结果曾在亚洲光化学会（2002），美国FACSS(2000)等国际会议上作邀请报告。

2.分子的碰撞传能
    过去几乎只研究单振动能级的传能，而孔繁敖等成功的测出CO(V≤10)分子的十个振动能级ⅴ分别向O2,CO2,H2O,CH4传能的四组速率常数,找到了近共振或形成缔合物的最佳传能通道，从而在分子层次上了解了燃烧中传热通道，应邀发表在J.Phys.Chem.庆祝理论化学家Levine的专集上，也受到Levine本人的称赞。还发现了NO(V≤11)和N2O碰撞时的共振传能通道，热氢原子与CO2或N2O间发生的反常V-T传能以及C2H 向其它分子的E-T传能等。文章总计被引用46次。

三.原子团簇化学

    九十年代初，孔繁敖等开展了对原子团簇这类新型物种的研究，发现了十余种金属和硫形成的大量二元团簇，用质谱确定了几十种稳定物种的组分，并用紫外激光光解协同确定组分单元，提出了成簇动力学模型，成功的拟合了团簇的尺寸分布，又和吉林大学合作，用量子化学方法找出可能的团簇结构。这些工作成为金属硫化物团簇的开创性研究成果，也对研究铁硫蛋白，簇合物，催化，感光等有启发作用，共被引用116次。九五期间组织了国内八家单位共同承担《原子团簇的化学和物理》重大基金项目，孔繁敖是第一负责人。结题被评为“特优”。

四.超快和超强激光化学

1.飞秒超快化学
    九十年代中期，飞秒超快激光因能实时探测化学反应的过程而备受关注，孔繁敖等率先为我国取得了飞秒化学的研究成果，独创了"飞秒荧光亏蚀"的实验方法,发展了相关的超快动力学理论模型和计算方法，再运用自制的飞秒激光器，成功地测量和干涉了几种染料分子在溶液中的超快弛豫过程和几种酞菁及卟啉分子重要的S1→S0超快内转换过程（50飞秒-1）。Chem.Phys.Lett.审稿意见是“This is a very elegant and well presented result”。这种方法已为国内外多家采用，文章被引用了24次（包括因创立飞秒化学而获诺贝尔奖的Zewail）。孔繁敖受邀参加了1995国际Solvay化学会议，商讨用激光控制化学反应问题，这是我国首次参加这一专门研讨化学发展前沿的小型高级会议。

2.强场化学
    九十年代末因发现飞秒强激光能使任何分子瞬即电离和解离，形成了 “强场化学”新领域，但对多原子分子研究很少。孔繁敖一方面用飞秒超短激光探索十种有机分子在强激光场中的电离和解离的实验规律，另一方面提出了一系列的理论模型：①提出场致解离（Field-Assisted Dissociation, FAD）模型成功地算出与实验相符的各种解离通道的几率，解释了解离碎片的质谱、强度、阈值和方向。②首次用从头算阐明了多电荷的分子离子发生“库仑爆炸”的细致过程。③提出HOMO电子云模型，能计算一般的多原子分子的场致电离几率。④首次计算了分子在不同方向上的场致电离几率。这些成果成为多原子分子强场电离和解离早期的基础性工作，曾在2001年美国化学学会春季年会的“Strong Field Chemistry”分会，加拿大国际强场激光科学及应用会议，亚洲超快现象等会议上宣读，并在J.Chem.Phys.和J.Phys.Chem.A.的四篇文章及综述刊物Trends in Chemical Physics（2002）中发表。

五.实验方法和实验设备

    孔繁敖曾主持或参加了中国科大《激光化学实验室》和化学所《分子反应动力学国家重点实验室》的建设，研制了四套大型的研究设备，其中用激光光谱法无扰动、高精度（毫米）测量火焰中温度及C2、OH、CH的分布，被安徽省科协评为1986年度优秀学术论文二等奖（排名第一）。另外两套设备，获中科院 1992年科技进步二等奖（92J-2-016-06）(排名第六)。近来提出利用飞秒激光强场电离的高效性和选择性作为质谱仪的新型离子源的创见，已作为中科院“仪器创新项目”试验，并取了初步成果。

六.分子周期性

    发表了简明的《二原子分子周期表》和《三原子分子周期表》，揭示了这些分子的电子构型，骨架结构和各种性质都随价电子数作周期性变化的规律。