近日,中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所江凌研究員和李剛副研究員團(tuán)隊(duì)采用自主研制的基于大連相干光源的氣溶膠質(zhì)譜實(shí)驗(yàn)方法,研究了β-月桂烯的光氧化反應(yīng)過(guò)程,揭示了該過(guò)程中氮氧化物(NOx)的作用機(jī)制及其與二氧化硫(SO2)的協(xié)同效應(yīng),有望為理解大氣污染的形成機(jī)制和制定污染控制決策提供關(guān)鍵科學(xué)依據(jù)。
大氣顆粒污染物對(duì)人體健康、生態(tài)環(huán)境等具有嚴(yán)重危害。從分子到氣溶膠是大氣顆粒污染物形成的關(guān)鍵步驟,精確測(cè)量氣溶膠的化學(xué)成分和揭示其成核機(jī)制,對(duì)理解大氣顆粒污染物的形成機(jī)制和制定防控對(duì)策等具有重要科學(xué)意義。NOx(NOx= NO2+ NO)和SO2作為大氣污染防控的重點(diǎn)對(duì)象,亟待闡明其對(duì)揮發(fā)性有機(jī)化合物形成二次有機(jī)氣溶膠的作用機(jī)制。
在本工作中,江凌和李剛團(tuán)隊(duì)利用基于大連相干光源的氣溶膠質(zhì)譜實(shí)驗(yàn)站,研究了β-月桂烯(一種典型的直鏈單萜烯揮發(fā)性有機(jī)化合物)在NOx和SO2條件下的光氧化反應(yīng)過(guò)程。結(jié)果表明,NO2通過(guò)提供充足的氧化劑(O3)促進(jìn)了顆粒物的產(chǎn)生和生長(zhǎng),有利于高氧化程度的產(chǎn)物生成;NO更易參與氧化反應(yīng),通過(guò)影響過(guò)氧自由基的氧化路徑,促進(jìn)高揮發(fā)性產(chǎn)物的生成,進(jìn)而抑制顆粒相產(chǎn)物的生成。當(dāng)體系引入SO2后,NO2和NO條件下的二次有機(jī)氣溶膠產(chǎn)率均顯著提升,表明SO2和NOx對(duì)β-月桂烯光氧化過(guò)程具有協(xié)同增強(qiáng)效應(yīng)。團(tuán)隊(duì)利用大連相干光源的極紫外單光子軟電離特性,發(fā)現(xiàn)了一系列新化合物(有機(jī)過(guò)氧化物、有機(jī)硝酸鹽和有機(jī)硫酸鹽),并結(jié)合量子化學(xué)理論計(jì)算,闡明了這些新化合物的形成機(jī)制:在NO2條件下,通過(guò)交叉反應(yīng)生成高氧化程度產(chǎn)物;在NO條件下,過(guò)氧自由基與NO結(jié)合生成了有機(jī)硝酸鹽;SO2在NO2和NO條件下均能誘導(dǎo)生成新的有機(jī)硫酸鹽類(lèi)產(chǎn)物,從而在分子水平上揭示了SO2與NOx的協(xié)同作用機(jī)制。該研究不僅為提高大氣模型的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性提供了關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)與理論依據(jù),也有望為區(qū)域復(fù)合污染控制策略的制定提供科學(xué)支撐。

相關(guān)研究成果以“Distinct Roles of NO2versus NO and Synergisms with SO2in Secondary Organic Aerosol Formation fromβ-Myrcene Photooxidation”為題,于近日發(fā)表在《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》(Environmental Science & Technology)上。上述成果的第一作者是大連化學(xué)物理研究所2506組與大連理工大學(xué)化學(xué)學(xué)院聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生趙亞。上述工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家自然科學(xué)基金委“動(dòng)態(tài)化學(xué)前沿研究”科學(xué)中心項(xiàng)目、科技部科技創(chuàng)新2030重大項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院B類(lèi)先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)“基于極紫外光源的化學(xué)反應(yīng)過(guò)渡態(tài)精準(zhǔn)探測(cè)”等項(xiàng)目的資助。(文/圖 轉(zhuǎn)自中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所大連光源科學(xué)研究室主頁(yè))