中国科技大学提出了黑碳气溶胶成核新机制

近日，通过实验与理论的结合，中国科技大学教授王占东团队发现，燃烧过程中产生的共价团中间体在气相小分子-黑碳颗粒转换过程中发挥着桥梁作用，提出“共振平稳自由基团簇化”(RSRC)“黑碳气溶胶成核新机制。在美国国家科学院院刊上发表了相关研究成果。

化石燃料和生物质不完全燃烧产生的黑碳气溶胶是大气细颗粒的重要组成部分，在多维环境系统中起着重要作用:它不仅降低了区域空气质量，增加了呼吸系统疾病的风险，而且通过吸收太阳辐射改变了大气能量平衡，成为继二氧化碳之后第二大气候变暖的奉献因素。发动机积碳现象反映在能源动力领域——未完全燃烧产生的碳颗粒沉积会显著降低燃烧效率，加速发动机部件的损坏。

虽然学术界已经建立了对黑碳气溶胶环境危害的系统认知，但其核心制度的核心科学问题并没有突破:从气态前驱体到颗粒相的动态演变路径，尤其是临界核分子界面的反应机制。这一基础研究瓶颈限制了多学科交叉领域关键界面过程的准确分析，如污染控制技术创新、环境整治策略优化、大气化学-云物理-气候模型等。

在最近的研究中，研究团队发现，燃烧中的持久自由基反应可以产生共价团中间体和黑碳气溶胶颗粒。在这项工作中，黑碳气溶胶的新颗粒是通过反应调节生成的，如1-基、1-甲基苯基和典型的运输燃料成分，通过热解制备的。通过激光分析?电离质谱测量发现，新黑碳气溶胶颗粒中有一系列共价团。通过同步辐射光电离质谱测量、热重测量和团聚分子动力学直径计算，发现气相小分子团聚在质量增长到一定阶段时，会出现明显的颗粒变化特征。

该工作提出的RSRC黑碳气溶胶成核新机制通过自由基链反应实现了分子群体的共价键合生长，强调了黑碳气溶胶成形过程中共价群体的重要性，与传统黑碳气溶胶颗粒形成理论形成鲜明对比。传统理论认为，黑碳气溶胶颗粒的核主要依靠多环芳烃的物理堆叠或弱化学组合。RSRC机制的建立为黑碳气溶胶颗粒初始成核过程提供了新的分子机制解释，也为多规模模拟燃烧黑碳气溶胶颗粒提供了关键理论依据。