【儀表網 研發快訊】近日，大連化物所分子反應動力學國家重點實驗室團簇光譜與動力學研究組(2506組)江凌研究員、李剛副研究員團隊采用自主開發的基于大連相干光源(極紫外自由電子激光)的納米氣溶膠質譜實驗方法，分別研究了異戊二烯與Δ3-蒈烯/β-石竹烯的混合揮發性有機物(VOC)的臭氧反應、異戊二烯與NO和SO2的光氧化反應過程，揭示了二次有機氣溶膠(SOA)的形成機制。
 

　　從分子形成大氣團簇是氣溶膠成核的關鍵步驟，精確測量氣溶膠的化學成分和揭示氣溶膠成核機制對理解霧霾的形成和生長機理具有指導意義。研究不同VOC之間的相互作用，以及生物源VOC和人為源污染物(如NOx和SO2)之間的相互作用，對理解SOA形成機制和防控大氣污染具有重要影響。
 

　　江凌團隊近年來在上述相關工作的實驗技術發展上取得進展，實現了氣溶膠新粒子生成過程中成核前驅體的化學組成及其動態變化的高靈敏探測，為研究污染物分子如何一步步成長為霧霾提供了新的實驗方法(Phys. Chem. Chem. Phys.，2022)。
 

　　SOA在全球氣溶膠含量中占有很大比例，對地球輻射平衡、大氣氣候和人類健康具有重要影響。異戊二烯是一種由生物源排放的VOC，在大氣非甲烷烯烴中占比最高，是SOA的重要前驅體。在本工作中，江凌和李剛團隊利用上述實驗方法，研究了異戊二烯與Δ3-蒈烯/β-石竹烯的混合VOC和臭氧的反應、異戊二烯與NO和SO2的光氧化反應產生SOA的影響規律。基于SOA化學組分的VUV-FEL質譜分析，結合量子化學理論計算，預測了由異戊二烯、Δ3-蒈烯和β-石竹烯氧化形成的新產物的結構和形成機理。研究發現，在異戊二烯和Δ3-蒈烯/β-石竹烯的混合VOC實驗中，隨著異戊二烯混合量的增加，異戊二烯對Δ3-蒈烯和β-石竹烯的臭氧分解反應的抑制效應分別呈波動趨勢和單調增強趨勢。此外，團隊通過質譜分析推測了一種新的RO2交叉反應的二聚化機理。在異戊二烯與NO和SO2的光氧化反應中，由NO轉化累積的臭氧觸發了異戊二烯主要的氧化反應，發現SO2的加入縮短了NO的轉化時間。上述研究結果為理解植被豐富且人為污染物排放量高地區的異戊二烯氧化形成SOA的過程同時提供了宏觀和微觀的信息，有望為大氣霧霾防控提供科學依據。
 

　　相關研究成果分別以“Effects of isoprene on the ozonolysis of Δ3-carene and β-caryophyllene: Mechanisms of secondary organic aerosol formation and cross-dimerization” 為題發表在《環境科學學報》(The Journal of Environmental Sciences)上、以“Effects of NO and SO2 on the secondary organic aerosol formation from isoprene photooxidation”為題發表在《大氣環境》(Atmospheric Environment)上。上述成果的第一作者均是大連化物所2506組博士研究生張兆燕。上述工作得到國家自然科學基金委“動態化學前沿研究”科學中心項目、科技創新2030重大項目、我所大連相干光源專項基金等項目的資助。(文/圖 張兆燕)