中國金宝搏入口188在黑碳氣溶膠成核機理研究取得重要進展
近日，188bet足球國家同步輻射實驗室和火災安全全國重點實驗室王占東教授團隊通過實驗和理論相結合，發現燃燒中產生的共價團簇中間體在氣相小分子-黑碳顆粒轉換過程中扮演著橋梁作用，提出了“共振穩定自由基團簇化（RSRC）”的黑碳氣溶膠成核新機制。相關研究成果以“Resonance-stabilized radical clustering bridges the gap between gaseous precursors and soot in the inception stage”為題，在線發表于《美國國家科學院院刊》（PNAS）。
化(hua)(hua)(hua)石燃(ran)(ran)料和生(sheng)物(wu)(wu)質(zhi)的(de)(de)不完全(quan)燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)產生(sheng)的(de)(de)黑碳氣(qi)(qi)溶(rong)膠是(shi)大(da)氣(qi)(qi)細顆(ke)粒物(wu)(wu)的(de)(de)關鍵(jian)組(zu)分，在多維(wei)度環境系統中(zhong)具有重要影響：其不僅降低區域空氣(qi)(qi)質(zhi)量(liang)、加劇呼吸(xi)道疾病風(feng)險，還通過吸(xi)收太(tai)陽輻(fu)射改變大(da)氣(qi)(qi)能量(liang)平衡(heng)，成為繼二(er)(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)碳之后的(de)(de)第二(er)(er)大(da)氣(qi)(qi)候變暖貢獻因子。在能源動(dong)力(li)領(ling)域表現為發(fa)動(dong)機(ji)積碳現象——由未(wei)充(chong)分燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)產生(sheng)的(de)(de)碳微粒沉積會(hui)顯(xian)著(zhu)降低燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)效率，并(bing)加速(su)發(fa)動(dong)機(ji)部件磨(mo)損。盡(jin)管(guan)學(xue)界已建立對其環境危(wei)害的(de)(de)系統認知，但關于其成核機(ji)制的(de)(de)核心(xin)科學(xue)問題仍(reng)未(wei)突破(po)：從氣(qi)(qi)態前驅體向顆(ke)粒相(xiang)轉變的(de)(de)動(dong)態演(yan)化(hua)(hua)(hua)路(lu)徑，特別是(shi)臨界成核階段的(de)(de)分子界面反應機(ji)制。這(zhe)一基礎研究(jiu)瓶頸制約著(zhu)污染控制技術創新（如(ru)發(fa)動(dong)機(ji)清潔(jie)燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)技術）、環境治理策略(lve)優(you)化(hua)(hua)(hua)，以(yi)及大(da)氣(qi)(qi)化(hua)(hua)(hua)學(xue)-云物(wu)(wu)理-氣(qi)(qi)候模型(xing)等多學(xue)科交叉(cha)領(ling)域關鍵(jian)界面過程的(de)(de)精準解析(xi)。
該研究團(tuan)(tuan)(tuan)隊近期的研究中(zhong)已發(fa)現燃燒中(zhong)持(chi)久性自由基(ji)(ji)反應可以(yi)產生(sheng)共(gong)價(jia)團(tuan)(tuan)(tuan)簇中(zhong)間(jian)體，以(yi)及黑(hei)(hei)碳氣(qi)溶膠顆粒(li)(li)(li)（JACS, 2024, 146, 19，13571–13579）。本工作中(zhong)，通過(guo)反應調控(kong)以(yi)1-茚基(ji)(ji)、1-甲基(ji)(ji)萘(nai)基(ji)(ji)、典型運(yun)輸(shu)燃料(liao)組分(fen)等為反應物，熱(re)解制備黑(hei)(hei)碳氣(qi)溶膠新粒(li)(li)(li)子(zi)(zi)。激光解吸/電離(li)質(zhi)譜測(ce)量發(fa)現黑(hei)(hei)碳氣(qi)溶膠新粒(li)(li)(li)子(zi)(zi)中(zhong)存在(zai)一系列的共(gong)價(jia)團(tuan)(tuan)(tuan)簇（圖1）。通過(guo)旋蒸/汽化/同步輻射光電離(li)質(zhi)譜測(ce)量、熱(re)重分(fen)析、團(tuan)(tuan)(tuan)簇分(fen)子(zi)(zi)動(dong)力學直徑計算，發(fa)現氣(qi)相小(xiao)分(fen)子(zi)(zi)團(tuan)(tuan)(tuan)簇在(zai)質(zhi)量增(zeng)長到一定階(jie)段會出現明顯(xian)的顆粒(li)(li)(li)相增(zeng)長特征，而且相變臨界尺寸與實驗測(ce)量的黑(hei)(hei)碳氣(qi)溶膠新粒(li)(li)(li)子(zi)(zi)尺寸一致(zhi)（圖2）。
本工作所提(ti)(ti)出(chu)的(de)(de)(de)RSRC黑(hei)碳(tan)(tan)氣溶(rong)膠(jiao)成(cheng)核(he)新機制(zhi)(zhi)通過自由(you)基鏈反應實現分子團簇(cu)的(de)(de)(de)共價(jia)鍵(jian)合生長，強調共價(jia)團簇(cu)在黑(hei)碳(tan)(tan)氣溶(rong)膠(jiao)形成(cheng)過程(cheng)中的(de)(de)(de)重要性，與傳統(tong)黑(hei)碳(tan)(tan)氣溶(rong)膠(jiao)顆粒形成(cheng)理(li)論(lun)(lun)形成(cheng)鮮(xian)明對比——傳統(tong)理(li)論(lun)(lun)認為(wei)黑(hei)碳(tan)(tan)氣溶(rong)膠(jiao)顆粒成(cheng)核(he)主要依賴(lai)多環(huan)芳烴的(de)(de)(de)物理(li)堆疊(die)或(huo)弱(ruo)化學締(di)合。RSRC機制(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)建(jian)立，為(wei)黑(hei)碳(tan)(tan)氣溶(rong)膠(jiao)顆粒的(de)(de)(de)初(chu)始成(cheng)核(he)過程(cheng)提(ti)(ti)供(gong)了(le)新的(de)(de)(de)分子層面的(de)(de)(de)機理(li)闡(chan)釋，也為(wei)燃燒黑(hei)碳(tan)(tan)氣溶(rong)膠(jiao)顆粒物的(de)(de)(de)多尺度模擬提(ti)(ti)供(gong)了(le)關(guan)鍵(jian)理(li)論(lun)(lun)基礎。
圖1.黑(hei)碳(tan)氣(qi)溶膠中測量到的不同分(fen)子量的共(gong)價團簇
圖(tu)2.(a)-(b)1-茚(yin)基(ji)、1-甲基(ji)萘(nai)基(ji)熱(re)解實驗(yan)中探(tan)測到的黑碳氣溶(rong)膠新粒子大小為1.3-1.6納(na)米(mi)；(c)-(d)理論(lun)計算和(he)模擬(ni)不同結構共(gong)價團簇中間體的相變尺寸為1.5納(na)米(mi)附近，與實驗(yan)值高(gao)度吻(wen)合。
188bet足球國家(jia)同(tong)步輻射實驗室(shi)博士生(sheng)王(wang)紅為論文(wen)共同(tong)第一作者(zhe)，官覬(ji)文(wen)和王(wang)占(zhan)東等(deng)為本工作共同(tong)通訊作者(zhe)。該研究得到了國家(jia)重點研發計劃青年(nian)科(ke)學(xue)(xue)家(jia)項目(mu)（2021YFA1601800）、國家(jia)自然科(ke)學(xue)(xue)基金（62310000379）等(deng)項目(mu)的支(zhi)持。
論文鏈接：
//doi.org/10.1073/pnas.2503292122
（國家同(tong)步輻射實驗室(shi)、火災安全(quan)全(quan)國重點實驗室(shi)、科(ke)研(yan)部）
