本報(bào)訊(見習(xí)記者孫丹寧)近日,中科院大連化學(xué)物理研究所研究員江凌和副研究員張兆軍等利用自主研制的、基于大連相干光源的中性團(tuán)簇紅外光譜實(shí)驗(yàn)裝置,發(fā)現(xiàn)了二氧化硫水合團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)演化機(jī)制,為理解二氧化硫氣溶膠成核機(jī)理提供了新思路。相關(guān)研究成果發(fā)表于《物理化學(xué)快報(bào)》。
大氣環(huán)境中的污染分子與水、氧氣等發(fā)生作用和化學(xué)反應(yīng)時(shí),污染分子會(huì)生成各種氣溶膠顆粒,并逐漸形成霧霾。從分子形成大氣團(tuán)簇是氣溶膠成核的關(guān)鍵步驟,精確測量大氣團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)及其動(dòng)態(tài)變化,對于揭示霧霾的形成機(jī)制具有指導(dǎo)意義。然而,大氣團(tuán)簇的數(shù)量密度低、壽命短、結(jié)構(gòu)復(fù)雜,其實(shí)驗(yàn)研究非常困難,往往需要采用高靈敏、高時(shí)間分辨率以及對結(jié)構(gòu)敏感的譜學(xué)等探測方法進(jìn)行研究。
該研究中,研究人員首先利用自主研制的、基于大連相干光源的中性團(tuán)簇紅外光譜實(shí)驗(yàn)裝置,測得了質(zhì)量選擇的中性二氧化硫水合團(tuán)簇的紅外光譜。隨后,利用自行發(fā)展的全維勢能面動(dòng)力學(xué)理論方法,計(jì)算了這些團(tuán)簇的各種結(jié)構(gòu)和紅外光譜,實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)驗(yàn)的高度吻合。
研究結(jié)果表明,二氧化硫與1個(gè)水分子形成了三明治結(jié)構(gòu),與2個(gè)或3個(gè)水分子形成了二維環(huán)狀結(jié)構(gòu),與4個(gè)水分子形成了三維籠形結(jié)構(gòu)。同時(shí),二氧化硫傾向于在大尺寸水團(tuán)簇的表面進(jìn)行結(jié)合。由于氣溶膠成核以及生長過程中存在不同尺寸的液滴,水合團(tuán)簇會(huì)影響二氧化硫的親電性質(zhì)和反應(yīng)活性位點(diǎn)。
該項(xiàng)成果有助于闡明污染物分子是如何一步步成長為團(tuán)簇的,使人們更好地理解霧霾的形成機(jī)理。
相關(guān)論文信息:https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.2c01472
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(文轉(zhuǎn)自中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所所主頁)