PM2.5顆粒重要關(guān)聯(lián)物全新形成機制揭示

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院及能源材料協(xié)同中心曾曉成教授和美國化學(xué)學(xué)會前主席Joseph Francisco院士研究組合作，發(fā)現(xiàn)了硫酸氫銨在大氣中一種全新的形成機制。該成果近日發(fā)表在《美國化學(xué)會志》上，并被美國化學(xué)學(xué)會《化學(xué)與工程新聞》選為科學(xué)焦點報道。

銨鹽——氨與酸反應(yīng)生成的由銨離子和酸根離子構(gòu)成的離子化合物，如硫酸銨（硫酸氫銨的后續(xù)物），是PM2.5霧霾顆粒的重要組成成分，并有觀點認為其對PM2.5霧霾顆粒的最初形成起著至關(guān)重要的作用。

曾曉成和Francisco小組利用第一性原理分子動力學(xué)模擬研究首次發(fā)現(xiàn)，氨氣可直接參與到三氧化硫與水的反應(yīng)中。他們在模擬中直接觀測到氨氣分子和三氧化硫分子在水團簇中自發(fā)反應(yīng)形成硫酸氫銨的過程：氨氣和三氧化硫與水團簇形成一種特殊的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，該環(huán)狀結(jié)構(gòu)極大地促進了水分子中氫原子向氨氣分子的轉(zhuǎn)移，從而形成銨根離子。而同時氫氧根則很快與三氧化硫分子結(jié)合形成硫酸氫根。

通過進一步研究，他們確認了反應(yīng)路徑，發(fā)現(xiàn)三分子水團簇中第三個水分子的存在有助于環(huán)狀結(jié)構(gòu)的形成，而該環(huán)狀結(jié)構(gòu)能將反應(yīng)能壘（化學(xué)反應(yīng)過程中必須超過的能量，有如跨欄中的欄高）降至幾近為零，從而大大增加了硫酸氫銨在大氣水團簇中的形成速度。他們在納米水滴表面也觀測到同樣的反應(yīng)機理。

這種能壘近乎為零的新型反應(yīng)機理的發(fā)現(xiàn)，表明氨氣可以直接參與并加速大氣中硫酸氫銨及硫酸銨的形成，從而對大氣中霧霾顆粒的形成起到至關(guān)重要的作用。（吳長鋒 楊保國）