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清华大学研究组揭示触发城市大气环境中新粒子生成的关键团簇
2021-08-23 15:36
清华大学
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  近日,清华大学环境学院大气污染与控制教研所蒋靖坤教授研究组在大气颗粒物成因研究领域取得新进展。研究通过测量北京典型大气新粒子生成过程中中性团簇和离子团簇的化学组分,并结合烟雾箱实验结果和量子化学计算结果,揭示了城市大气环境中的团簇特征及其同新粒子生成的关系。

  新粒子生成是指大气中的气态分子通过均相成核形成颗粒物的过程,是大气颗粒物的重要来源之一。气态分子之间相互结合首先形成分子团簇,其中稳定的分子团簇会进一步增长形成更大粒径的颗粒物。因此,关键分子团簇的形成是新粒子生成的初始步骤,研究团簇的化学组分对揭示新粒子生成过程及参与的气态前体物有着重要的意义。

城市大气环境下酸碱团簇中有机胺和氨气的比例随团簇粒径的变化

  研究发现,在北京秋、冬季节的新粒子生成期间,新生成的团簇主要由硫酸、有机胺和氨气分子组成,而在一些清洁大气环境发挥作用的高氧化有机物参与较少。同时,研究观测到在团簇粒径增大的过程中,氨气在团簇中所占比例逐渐增加,有机胺的占比则逐渐减少。此外,研究利用平均碱基个数这一指标量化并对比了城市大气、清洁大气和烟雾箱实验中产生的酸碱团簇的化学组分,发现北京大气离子酸碱团簇中有机胺的平均分子个数低于所报道的烟雾箱实验产生的硫酸-二甲胺团簇的平均碱基个数。这表明,在北京的典型大气环境下,除二甲胺外,氨气等其它碱性分子也在团簇的生长过程中起着作用,特别是对于粒径较大的团簇。

  上述研究成果以“北京城市大气新粒子生成中的酸碱团簇”(Acid-base clusters during atmospheric new particle formation in urban Beijing)为题发表在美国化学学会期刊《环境科学与技术》(Environmental Science & Technology)上。论文的第一作者为环境学院直博生殷茹静,论文的通讯作者为蒋靖坤教授。论文合作单位包括赫尔辛基大学、北京化工大学、大连理工大学、复旦大学、南京信息工程大学和东芬兰大学等。研究获得了国家自然科学基金和三星全球研究项目的经费支持。

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