【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，基礎(chǔ)與前沿研究院董帆教授團(tuán)隊(duì)在國際化學(xué)與環(huán)境領(lǐng)域頂級(jí)期刊《Journal of the American Chemical Society》和國際環(huán)境領(lǐng)域?qū)I(yè)期刊《Environmental Science & Technology》上連續(xù)發(fā)表2篇關(guān)于溫室氣體參與大氣活性氮界面光化學(xué)轉(zhuǎn)化機(jī)制的研究成果?；A(chǔ)與前沿研究院董帆教授、資源與環(huán)境學(xué)院博士后王紅為論文共同通訊作者，基礎(chǔ)與前沿研究院2025級(jí)博士生張?chǎng)螢檎撐牡谝蛔髡?，電子科技大學(xué)基礎(chǔ)與前沿研究院為論文第一單位。
 

　　論文一：CH4 Boosts the Atmospheric Nitrate-to-HONO Formation by Photoinduced •CH3 Radicals (J. Am. Chem. Soc., 2025)
 

　　溫室氣體甲烷(CH4)濃度上升帶來的影響已成為全球關(guān)注的空氣污染和氣候變化的關(guān)鍵問題，其光化學(xué)轉(zhuǎn)化可以生成極具潛力的高活性甲基自由基(·CH3)從而影響大氣化學(xué)反應(yīng)。然而，·CH3在大氣HONO形成中的作用被嚴(yán)重忽視，導(dǎo)致溫室氣體對(duì)大氣氧化能力的貢獻(xiàn)被低估。隨著TiO2廣泛用作建筑表面涂層和工業(yè)材料，這將極大地促進(jìn)大氣中CH4的吸附、活化和轉(zhuǎn)化。同時(shí)，這些表面為硝酸鹽光解提供了重要的反應(yīng)場(chǎng)所。鑒于顆粒物表面的潛在相互作用，CH4可能影響硝酸鹽的光解過程和大氣HONO的生成。因此，研究CH4對(duì)大氣HONO生成的影響將為溫室氣體在大氣化學(xué)中的作用提供新的見解。
 

　　圖1 太陽光下大氣環(huán)境中不同顆粒表面CH4通過硝酸鹽光解促進(jìn)HONO生成的示意圖
 

　　針對(duì)所存在的關(guān)鍵科學(xué)問題，董帆教授團(tuán)隊(duì)提出并證明了一條CH4通過光誘導(dǎo)·CH3促進(jìn)大氣顆粒物表面硝酸鹽分解生成HONO的分子途徑及作用機(jī)制，并在大氣光活性顆粒物、真實(shí)礦物粉塵和商用建筑涂層材料表面證實(shí)了其廣泛的環(huán)境意義，首次為溫室氣體對(duì)大氣氧化能力的增強(qiáng)作用提供了直接的證據(jù)。本文深入研究了全面的光化學(xué)轉(zhuǎn)化機(jī)制，以揭示實(shí)際的界面反應(yīng)過程和關(guān)鍵中間體，研究手段包括原位漫反射紅外傅立葉變換光譜(DRIFTS)、電子順磁共振(EPR)、連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)系統(tǒng)、猝滅實(shí)驗(yàn)和密度泛函理論(DFT)計(jì)算。基于大量的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，文中提出CH4在顆粒物表面生成的·CH3不僅會(huì)活化NO3−分子，促進(jìn)N-O鍵斷裂，也會(huì)促進(jìn)H2O分子的解離，提供更多的H原子，促進(jìn)HONO的生成。
 

圖2 CH4促進(jìn)硝酸鹽光解生成HONO的作用機(jī)制
 

　　該研究為溫室氣體和大氣環(huán)境在光化學(xué)轉(zhuǎn)化過程中的復(fù)雜相互作用提供了新的視角，揭示了人為溫室氣體排放如何重塑大氣化學(xué)動(dòng)力學(xué)并影響全球環(huán)境變化。
 

　　論文二：Unveiling the Overlooked Inhibitory Effects of Carbon Dioxide on Photochemical Nitrate Decomposition over Photoactive Mineral Dust (Environ. Sci. Technol., 2025)
 

　　碳排放量的增加導(dǎo)致溫室氣體濃度不斷上升，特別是二氧化碳(CO2)，引起了地球表面溫度、濕度等氣象條件的變化。然而，大多數(shù)研究集中在溫室氣體對(duì)污染物擴(kuò)散和運(yùn)輸?shù)挠绊懮?，忽略了其可能直接參與并影響大氣污染物的轉(zhuǎn)化，對(duì)溫室氣體如何參與活性氮循環(huán)過程仍缺乏明確的認(rèn)識(shí)。硝酸鹽光解過程作為大氣活性氮循環(huán)中的一個(gè)關(guān)鍵組成部分，易受大氣成分的影響，尤其是在光活性顆粒物表面。因此，考慮到溫室氣體對(duì)大氣環(huán)境的關(guān)鍵作用，迫切需要研究被忽視的溫室氣體對(duì)硝酸鹽光解過程的影響。
 

圖3 不同顆粒物表面CO2對(duì)硝酸鹽光解產(chǎn)生氮氧化物(NOx)的抑制作用
 

　　針對(duì)所存在的關(guān)鍵科學(xué)問題，董帆教授團(tuán)隊(duì)揭示了被忽視的CO2對(duì)光活性礦物粉塵表面硝酸鹽光解過程的抑制作用機(jī)制。研究團(tuán)隊(duì)使用原位漫反射紅外傅立葉變換光譜(DRIFTS)技術(shù)，對(duì)硝酸鹽和CO2在顆粒表面的動(dòng)態(tài)演化過程進(jìn)行了細(xì)致研究，并分析了反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)過程。然后，借助猝滅實(shí)驗(yàn)和電子順磁共振譜(EPR)技術(shù)，確定了光生電子在硝酸鹽光解中的決定性作用，揭示了硝酸鹽和CO2光化學(xué)轉(zhuǎn)化的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。此外，通過設(shè)計(jì)相關(guān)對(duì)比實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算為硝酸鹽和CO2在光活性顆粒物表面的光化學(xué)相互作用提供了進(jìn)一步的見解，揭示了CO2通過生成關(guān)鍵中間產(chǎn)物來抑制硝酸鹽光解的機(jī)理。
 

圖4 顆粒物表面CO2光化學(xué)轉(zhuǎn)化抑制硝酸鹽光解的反應(yīng)機(jī)制
 

　　該研究首次揭示了CO2在大氣活性氮循環(huán)中的復(fù)雜作用，建立了碳排放和空氣污染之間的直接關(guān)系，為進(jìn)一步研究溫室氣體對(duì)大氣活性氮物種遷移和轉(zhuǎn)化的直接影響奠定了重要基礎(chǔ)。
 

　　作者簡(jiǎn)介：
 

　　王紅，電子科技大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院師資博士后，主要研究方向?yàn)榇髿饣钚缘缑婀饣瘜W(xué)轉(zhuǎn)化機(jī)制。以第一或通訊作者在J. Am. Chem. Soc.，PNAS，Angew. Chem. Int. Ed.，Environ. Sci. Technol.等期刊發(fā)表SCI論文18篇，主持國家自然科學(xué)基金青年基金和博士后面上項(xiàng)目，曾榮獲國家博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃(2023年)、四川省優(yōu)秀大學(xué)畢業(yè)生(2023年)、上海同濟(jì)高廷耀青年博士生杰出人才獎(jiǎng)學(xué)金(2022年)等。
 

　　張?chǎng)危娮涌萍即髮W(xué)基礎(chǔ)與前沿研究院2025級(jí)博士研究生，主要從事溫室氣體的大氣轉(zhuǎn)化機(jī)制及環(huán)境影響相關(guān)研究。以第一作者在J. Am. Chem. Soc.、Environ. Sci. Technol.發(fā)表論文2篇，合作發(fā)表論文3篇。