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)石燃料和生物質的(de)不(bu)完全燃燒(shao)產生的(de)黑碳(tan)(tan)氣(qi)(qi)溶(rong)膠是大氣(qi)(qi)細顆粒物的(de)關鍵組(zu)分，在多維(wei)度(du)環境系(xi)統中(zhong)具有重要(yao)影響：其(qi)(qi)不(bu)僅降(jiang)低區域空(kong)氣(qi)(qi)質量、加劇呼吸(xi)道疾病風(feng)險(xian)，還通過(guo)吸(xi)收太陽(yang)輻(fu)射改變大氣(qi)(qi)能量平衡，成為繼二氧化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)之后的(de)第二大氣(qi)(qi)候變暖貢獻因(yin)子(zi)。在能源動(dong)力領域表現(xian)為發動(dong)機積(ji)(ji)碳(tan)(tan)現(xian)象——由未充分燃燒(shao)產生的(de)碳(tan)(tan)微粒沉(chen)積(ji)(ji)會顯著降(jiang)低燃燒(shao)效(xiao)率，并(bing)加速(su)發動(dong)機部件磨損。盡管(guan)學界(jie)已建立對(dui)其(qi)(qi)環境危(wei)害(hai)的(de)系(xi)統認(ren)知(zhi)，但(dan)關于(yu)其(qi)(qi)成核機制的(de)核心(xin)科學問題仍未突破：從氣(qi)(qi)態(tai)前驅體(ti)向顆粒相轉變的(de)動(dong)態(tai)演化(hua)(hua)(hua)路徑，特別(bie)是臨界(jie)成核階段的(de)分子(zi)界(jie)面(mian)反應機制。這一基(ji)礎研究瓶頸制約著污染控(kong)制技術(shu)(shu)創新(xin)（如發動(dong)機清潔燃燒(shao)技術(shu)(shu)）、環境治理策略優化(hua)(hua)(hua)，以及大氣(qi)(qi)化(hua)(hua)(hua)學-云物理-氣(qi)(qi)候模型等(deng)多學科交(jiao)叉領域關鍵界(jie)面(mian)過(guo)程的(de)精準解析。
該研究團(tuan)(tuan)隊近期的研究中已發(fa)(fa)現(xian)燃燒中持久性自由(you)基(ji)反應可以(yi)產(chan)生共價團(tuan)(tuan)簇(cu)中間(jian)體，以(yi)及黑(hei)碳氣(qi)溶(rong)膠顆粒(li)（JACS, 2024, 146, 19，13571–13579）。本工作中，通過反應調控以(yi)1-茚基(ji)、1-甲基(ji)萘基(ji)、典(dian)型(xing)運輸(shu)燃料組分等(deng)為(wei)反應物(wu)，熱解制備黑(hei)碳氣(qi)溶(rong)膠新粒(li)子(zi)。激(ji)光(guang)解吸/電離質(zhi)譜(pu)測(ce)量(liang)發(fa)(fa)現(xian)黑(hei)碳氣(qi)溶(rong)膠新粒(li)子(zi)中存在一(yi)系列的共價團(tuan)(tuan)簇(cu)（圖1）。通過旋蒸/汽化/同步輻射光(guang)電離質(zhi)譜(pu)測(ce)量(liang)、熱重分析、團(tuan)(tuan)簇(cu)分子(zi)動力學直(zhi)徑計算，發(fa)(fa)現(xian)氣(qi)相小分子(zi)團(tuan)(tuan)簇(cu)在質(zhi)量(liang)增長(chang)到(dao)一(yi)定階(jie)段會出現(xian)明顯(xian)的顆粒(li)相增長(chang)特征，而且相變(bian)臨界(jie)尺(chi)寸(cun)與實驗(yan)測(ce)量(liang)的黑(hei)碳氣(qi)溶(rong)膠新粒(li)子(zi)尺(chi)寸(cun)一(yi)致(zhi)（圖2）。
本工作所(suo)提(ti)出的RSRC黑(hei)碳(tan)(tan)氣(qi)(qi)溶(rong)膠成(cheng)(cheng)核(he)(he)新機制通過(guo)自(zi)由(you)基鏈反應實現分子團(tuan)簇的共(gong)價(jia)鍵(jian)合(he)生長，強調共(gong)價(jia)團(tuan)簇在(zai)黑(hei)碳(tan)(tan)氣(qi)(qi)溶(rong)膠形(xing)成(cheng)(cheng)過(guo)程中的重要性，與傳(chuan)統黑(hei)碳(tan)(tan)氣(qi)(qi)溶(rong)膠顆(ke)(ke)粒(li)形(xing)成(cheng)(cheng)理(li)(li)論(lun)形(xing)成(cheng)(cheng)鮮(xian)明對比——傳(chuan)統理(li)(li)論(lun)認為黑(hei)碳(tan)(tan)氣(qi)(qi)溶(rong)膠顆(ke)(ke)粒(li)成(cheng)(cheng)核(he)(he)主要依賴多(duo)環芳烴的物(wu)理(li)(li)堆疊或弱化(hua)學締合(he)。RSRC機制的建立，為黑(hei)碳(tan)(tan)氣(qi)(qi)溶(rong)膠顆(ke)(ke)粒(li)的初始成(cheng)(cheng)核(he)(he)過(guo)程提(ti)供(gong)了(le)新的分子層面的機理(li)(li)闡釋，也(ye)為燃燒黑(hei)碳(tan)(tan)氣(qi)(qi)溶(rong)膠顆(ke)(ke)粒(li)物(wu)的多(duo)尺度模擬(ni)提(ti)供(gong)了(le)關(guan)鍵(jian)理(li)(li)論(lun)基礎(chu)。
圖1.黑(hei)碳氣溶膠中測量到的(de)不同分(fen)子(zi)量的(de)共價團簇
圖2.(a)-(b)1-茚基、1-甲(jia)基萘基熱(re)解(jie)實驗中探測到的黑碳氣溶膠新粒子(zi)大小(xiao)為(wei)1.3-1.6納(na)米；(c)-(d)理論計(ji)算和模擬不同結構共價團簇中間(jian)體的相變(bian)尺寸(cun)為(wei)1.5納(na)米附近，與實驗值高度吻合。
188bet足球國家(jia)同步輻(fu)射實驗室博士(shi)生王紅為論文(wen)共同第(di)一作者(zhe)(zhe)，官覬文(wen)和王占東等為本工(gong)作共同通訊(xun)作者(zhe)(zhe)。該研究得到了國家(jia)重點研發(fa)計劃青年科(ke)學家(jia)項(xiang)(xiang)目（2021YFA1601800）、國家(jia)自然科(ke)學基(ji)金（62310000379）等項(xiang)(xiang)目的支持。
論文鏈接：
//doi.org/10.1073/pnas.2503292122
（國(guo)家同(tong)步(bu)輻射實驗(yan)室(shi)、火(huo)災安(an)全全國(guo)重點實驗(yan)室(shi)、科(ke)研部）
