近日，大连化学物理研究所大连光源科学研究室团簇光谱与动力学研究组（2506组）江凌研究员、李刚副研究员团队采用自主开发的基于大连相干光源（极紫外自由电子激光）的纳米气溶胶质谱实验方法，分别研究了异戊二烯与Δ3-蒈烯/β-石竹烯的混合挥发性有机物（VOC）的臭氧反应、异戊二烯与NO和SO2的光氧化反应过程，揭示了二次有机气溶胶（SOA）的形成机制。
从分子形成大气团簇是气溶胶成核的关键步骤，精确测量气溶胶的化学成分和揭示气溶胶成核机制对理解雾霾的形成和生长机理具有指导意义。研究不同VOC之间的相互作用，以及生物源VOC和人为源污染物（如NOx和SO2）之间的相互作用，对理解SOA形成机制和防控大气污染具有重要影响。
江凌团队近年来在上述相关工作的实验技术发展上取得进展，实现了气溶胶新粒子生成过程中成核前驱体的化学组成及其动态变化的高灵敏探测，为研究污染物分子如何一步步成长为雾霾提供了新的实验方法（Phys. Chem. Chem. Phys.，2022）。
SOA在全球气溶胶含量中占有很大比例，对地球辐射平衡、大气气候和人类健康具有重要影响。异戊二烯是一种由生物源排放的VOC，在大气非甲烷烯烃中占比最高，是SOA的重要前驱体。在本工作中，江凌和李刚团队利用上述实验方法，研究了异戊二烯与Δ3-蒈烯/β-石竹烯的混合VOC和臭氧的反应、异戊二烯与NO和SO2的光氧化反应产生SOA的影响规律。基于SOA化学组分的VUV-FEL质谱分析，结合量子化学理论计算，预测了由异戊二烯、Δ3-蒈烯和β-石竹烯氧化形成的新产物的结构和形成机理。研究发现，在异戊二烯和Δ3-蒈烯/β-石竹烯的混合VOC实验中，随着异戊二烯混合量的增加，异戊二烯对Δ3-蒈烯和β-石竹烯的臭氧分解反应的抑制效应分别呈波动趋势和单调增强趋势。此外，团队通过质谱分析推测了一种新的RO2交叉反应的二聚化机理。在异戊二烯与NO和SO2的光氧化反应中，由NO转化累积的臭氧触发了异戊二烯主要的氧化反应，发现SO2的加入缩短了NO的转化时间。上述研究结果为理解植被丰富且人为污染物排放量高地区的异戊二烯氧化形成SOA的过程同时提供了宏观和微观的信息，有望为大气雾霾防控提供科学依据。
相关研究成果分别以“Effects of isoprene on the ozonolysis of Δ3-carene and β-caryophyllene: Mechanisms of secondary organic aerosol formation and cross-dimerization”为题发表在《环境科学学报》（The Journal of Environmental Sciences）上、以“Effects of NO and SO2on the secondary organic aerosol formation from isoprene photooxidation”为题发表在《大气环境》（Atmospheric Environment）上。上述成果的第一作者均是大连化学物理研究所2506组博士研究生张兆燕。上述工作得到国家自然科学基金委“动态化学前沿研究”科学中心项目、科技创新2030重大项目、大连相干光源专项基金等项目的资助。（文/图 张兆燕）
文章链接1：https://doi.org/10.1016/j.jes.2023.11.024
文章链接2：https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2023.120248
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