【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院張秀輝教授、寧安副教授與美國賓夕法尼亞大學(xué)Joseph S. Francisco教授合作，在氣溶膠硝酸鹽界面轉(zhuǎn)化生成有機(jī)硝酸酯機(jī)制方面取得重要進(jìn)展。相關(guān)成果以“Acid-Gated Interfacial Conversion of Aerosol Nitrate to Organic Nitrates Driven by Adsorbed Aldehydes”為題，發(fā)表于國際頂級化學(xué)期刊《美國化學(xué)會志》(Journal of the American Chemical Society，JACS；DOI：10.1021/jacs.6c15204)，并入選期刊封面文章(Front Cover)。北京理工大學(xué)為第一通訊單位，化學(xué)與化工學(xué)院博士研究生劉洋為第一作者。
 

　　顆粒態(tài)有機(jī)硝酸酯(pON)是大氣二次有機(jī)氣溶膠的重要含氮組分，與大氣氮循環(huán)、臭氧化學(xué)及大氣氧化性密切相關(guān)。長期以來，大氣模式主要通過“氣相生成有機(jī)硝酸酯—隨后向顆粒相分配”的路徑描述pON的形成，但模擬得到的pON濃度往往明顯低于實(shí)測濃度。而常與pON共存的無機(jī)硝酸鹽(NO3-)作為氣溶膠中主要的無機(jī)氮儲庫，能否直接轉(zhuǎn)化生成pON尚不清楚。
 

　　針對上述問題，本研究采用第一性原理分子動力學(xué)與元動力學(xué)模擬等理論計(jì)算方法，從分子尺度揭示了酸門控的界面NO3-向pON轉(zhuǎn)化的非均相機(jī)制。在酸性環(huán)境中，界面吸附的醛類物質(zhì)經(jīng)質(zhì)子化活化后，可直接與氣溶膠中的無機(jī)硝酸鹽反應(yīng)，在皮秒尺度內(nèi)生成有機(jī)硝酸酯。以甲醛(HCHO)體系為例，引入H3O+后，反應(yīng)速率常數(shù)提高約12個數(shù)量級(約萬億倍)。進(jìn)一步研究表明，該機(jī)制對硝酸、硫酸和碘酸等多種大氣酸，以及甲醛、乙醛、丙醛和乙二醛等多種羰基化合物均具有較好的適用性，且在低溫環(huán)境中氣-冰界面亦可發(fā)生。
 

　　綜上，該研究突破了“顆粒態(tài)有機(jī)硝酸酯源于其氣態(tài)分子吸附富集”的傳統(tǒng)認(rèn)知，揭示了由酸門控的有機(jī)硝酸酯原位生成途徑，在氣溶膠無機(jī)硝酸鹽與有機(jī)硝酸酯這兩個活性氮儲庫之間建立了直接化學(xué)關(guān)聯(lián)。該機(jī)制對多種酸、醛及界面環(huán)境均具有適用性，表明其在城市、海洋、極地等多種環(huán)境中均可能發(fā)揮作用。該理論研究為解釋大氣模式長期低估pON實(shí)測濃度的問題提供了新的機(jī)制線索，也為完善大氣活性氮循環(huán)和二次有機(jī)氣溶膠的模型提供了理論依據(jù)。
 

　　該工作得到了國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目(A類、C類)和面上項(xiàng)目的支持。
 

　　引用：北理工團(tuán)隊(duì)揭示氣溶膠無機(jī)硝酸鹽直接轉(zhuǎn)化新機(jī)制【引用時間：2026年10月5日】