溫室氣體甲烷光催化生成HONO機制被揭示

近日，電子科技大學(xué)基礎(chǔ)與前沿研究院教授董帆團(tuán)隊在《美國化學(xué)會志》發(fā)表了關(guān)于溫室氣體參與大氣活性氮界面光化學(xué)轉(zhuǎn)化機制的研究成果。

 

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，這些表面為硝酸鹽光解提供了重要的反應(yīng)場所。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。

 

針對所存在的關(guān)鍵科學(xué)問題，董帆團(tuán)隊提出并證明了一條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制，并在大氣光活性顆粒物、真實礦物粉塵和商用建筑涂層材料表面證實了其廣泛的環(huán)境意義，首次為溫室氣體對大氣氧化能力的增強作用提供了直接的證據(jù)。

 

團(tuán)隊深入研究了全面的光化學(xué)轉(zhuǎn)化機制，以揭示實際的界面反應(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、電子順磁共振、連續(xù)流動反應(yīng)系統(tǒng)、猝滅實驗和密度泛函理論計算。基于大量的實驗證據(jù)，文中提出CH4在顆粒物表面生成的·CH3不僅會活化NO3?分子，促進(jìn)N-O鍵斷裂，也會促進(jìn)H2O分子的解離，提供更多的H原子，促進(jìn)HONO的生成。

 

此外，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)動力學(xué)并影響全球環(huán)境變化。