中美化學家聯合發現PM2.5霧霾顆粒可能的最初形成機制

據科技日報2月22日報道，中國科學技術大學化學與材料科學學院及能源材料協同中心曾曉成教授和美國化學學會前主席Joseph Francisco院士研究組合作，發現了硫酸氫銨在大氣中一種全新的形成機制。該成果近日發表在《美國化學會志》上，並被美國化學學會《化學與工程新聞》選為科學焦點報道。

2015年12月1日，霧霾天清晨，民眾等着看升旗儀式。（來源：網易新聞）

銨鹽——氨與酸反應生成的由銨離子和酸根離子構成的離子化合物，如硫酸銨（硫酸氫銨的後續物），是PM2.5霧霾顆粒的重要組成成分，並有觀點認為其對PM2.5霧霾顆粒的最初形成起着至關重要的作用。

曾曉成和Francisco小組利用第一性原理分子動力學模擬研究首次發現，氨氣可直接參與到三氧化硫與水的反應中。他們在模擬中直接觀測到氨氣分子和三氧化硫分子在水團簇中自發反應形成硫酸氫銨的過程：氨氣和三氧化硫與水團簇形成一種特殊的環狀結構，該環狀結構極大地促進了水分子中氫原子向氨氣分子的轉移，從而形成銨根離子。而同時氫氧根則很快與三氧化硫分子結合形成硫酸氫根。

通過進一步研究，他們確認了反應路徑，發現三分子水團簇中第三個水分子的存在有助於環狀結構的形成，而該環狀結構能將反應能壘（化學反應過程中必須超過的能量，有如跨欄中的欄高）降至幾近為零，從而大大增加了硫酸氫銨在大氣水團簇中的形成速度。他們在納米水滴表面也觀測到同樣的反應機理。

這種能壘近乎為零的新型反應機理的發現，表明氨氣可以直接參與並加速大氣中硫酸氫銨及硫酸銨的形成，從而對大氣中霧霾顆粒的形成起到至關重要的作用。（記者/吳長鋒）