大氣二次氣溶膠對灰霾形成有重要貢獻，而灰霾形成過程中二次氣溶膠快速生成的化學機制尚不清楚。從分子水平上理解和闡明二次氣溶膠的形成機理，發(fā)現灰霾污染形成的核心途徑，確定關鍵反應動力學參數，解析不同環(huán)境條件下多種污染物的協同效應，發(fā)展適合于我國環(huán)境的數值模擬方案，可為我國以及其它國家地區(qū)二次氣溶膠污染的治理提供科學支撐。

中國科學院化學研究所分子動態(tài)與穩(wěn)態(tài)結構實驗室葛茂發(fā)課題組在我國灰霾期間二次氣溶膠快速生成化學機制研究方面取得系列進展。研究通過模擬研究不同濕度和SO₂濃度下甲苯光氧化過程，發(fā)現復雜的大氣環(huán)境條件對二次有機氣溶膠的化學組成和光學特性具有顯著影響，SO₂和高濕的復合作用可顯著提高甲苯生成SOA的光吸收效率和消光效率（Atmos. Chem. Phys.）。通過進一步開展不同結構的長鏈烷烴與OH自由基氧化過程研究，獲得系列反應速率常數和氣相產物，進一步解析濕度、溫度等不同環(huán)境條件下生成二次有機氣溶膠的機制及其環(huán)境影響，發(fā)現了低溫條件下促進氣溶膠相高聚物的生成，揭示了其對冬季二次有機氣溶膠生成的重要貢獻（Atmos. Chem. Phys.）。

近日，課題組在冬季灰霾時期硫酸鹽生成機制研究方面取得進展，揭示了硫酸鹽爆發(fā)增長的界面催化反應機制。研究人員利用自主研發(fā)的模擬實際大氣條件的煙霧箱系統(tǒng)，發(fā)現氣溶膠表界面錳離子可以快速催化氧化二氧化硫，并觀察到在冬季低溫條件下存在的高離子強度對反應的促進效應，從而提出氣溶膠表界面催化的硫酸鹽新機制：二氧化硫與氧氣在含有錳離子的氣溶膠的表界面發(fā)生快速的錳催化氧化反應，將其轉化為硫酸鹽并溶于氣溶膠液相之中，同時伴隨著銨鹽的生成。區(qū)別于傳統(tǒng)液相反應，表界面反應在實際大氣環(huán)境條件的約束下，仍具有較高的硫酸鹽生成速率。同時，三維空氣質量模型對我國華北平原2015年和2016年冬季污染過程模擬結果表明，耦合入氣溶膠表界面錳離子催化氧化機制后，華北平原冬季污染時期硫酸鹽的模擬結果得到改善，該途徑貢獻量占據了92.5%的總硫酸鹽生成量。同期外場觀測結果也證實氣溶膠表界面錳催化反應途徑在實際大氣中對于硫酸鹽生成的重要性。

研究工作得到國家自然科學基金委員會、科學技術部和中科院的支持。北京大學、中科院地球環(huán)境研究所、中國環(huán)境科學研究院、中國環(huán)境監(jiān)測總站、北京理工大學、中科院大氣研究所、浙江大學、北京師范大學等單位參與研究。

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氣溶膠表界面錳催化反應主導灰霾期間硫酸鹽的快速生成