【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】近日，大連化物所分子反應(yīng)動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室江凌研究員和張兆軍副研究員等利用自主研制的、基于大連相干光源的中性團(tuán)簇紅外光譜實(shí)驗(yàn)裝置，發(fā)現(xiàn)了二氧化硫水合團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)演化機(jī)制，為理解二氧化硫氣溶膠成核機(jī)理提供了新的思路。
 

　　大氣環(huán)境中的污染分子，例如二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOX)、揮發(fā)性有機(jī)物(VOC)等，與水、氧氣等發(fā)生作用和化學(xué)反應(yīng)時，污染分子將會生成各種氣溶膠顆粒，并逐漸成長為霧霾。從分子形成大氣團(tuán)簇是氣溶膠成核的關(guān)鍵步驟，精確測量大氣團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)及其動態(tài)變化對揭示霧霾的形成機(jī)制具有指導(dǎo)意義。然而，大氣團(tuán)簇的數(shù)量密度低、壽命短、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其實(shí)驗(yàn)研究非常困難，往往需要采用高靈敏、高時間分辨以及對結(jié)構(gòu)敏感的譜學(xué)等探測方法進(jìn)行研究。
 

　　二氧化硫是重要的污染物分子，廣泛參與到酸雨和云凝結(jié)成核等大氣過程中。本工作中，江凌和李剛等利用自主研制的、基于大連相干光源的中性團(tuán)簇紅外光譜實(shí)驗(yàn)裝置，測得了質(zhì)量選擇的中性二氧化硫水合團(tuán)簇SO2(H2O)n (n = 1-16) 的紅外光譜。隨后，張東輝院士和張兆軍等利用了自行發(fā)展的全維勢能面動力學(xué)理論方法，計(jì)算了這些團(tuán)簇的各種結(jié)構(gòu)和紅外光譜，實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)驗(yàn)的高度吻合。研究結(jié)果表明，二氧化硫與一個水分子形成了三明治結(jié)構(gòu)，與兩個或三個水分子形成了二維環(huán)狀結(jié)構(gòu)，與四個水分子形成了三維籠形結(jié)構(gòu)。并且，二氧化硫傾向于在大尺寸水團(tuán)簇的表面上進(jìn)行結(jié)合。由于氣溶膠成核以及生長過程中存在不同尺寸的液滴，水合團(tuán)簇會影響二氧化硫的親電性質(zhì)和反應(yīng)活性位點(diǎn)。該項(xiàng)成果有助于闡明污染物分子是如何一步步成長為團(tuán)簇，以此來幫助人們更好地理解霧霾的形成機(jī)理。
 

　　相關(guān)成果以“Infrared Spectroscopy of Stepwise Hydration Motifs of Sulfur Dioxide”為題，于近日發(fā)表在《物理化學(xué)快報》(The Journal of Physical Chemistry Letters)上。該成果的共同第一作者是大連化物所2506組博士研究生王沖和1113組博士研究生付良飛。該工作得到國家杰出青年科學(xué)基金、自然科學(xué)基金委“團(tuán)簇構(gòu)造、功能及多級演化”重大研究計(jì)劃重點(diǎn)支持項(xiàng)目、自然科學(xué)基金委“動態(tài)化學(xué)前沿研究”科學(xué)中心項(xiàng)目、大連化物所大連相干光源專項(xiàng)基金等項(xiàng)目的資助。(文/圖 李剛、王沖、付良飛)