近日，校区海洋科学与技术学院姜杰教授团队青年教师何静研究发现，传统上被认为化学性质稳定的二氧化碳（CO₂）在大气液滴中可与有机酸自发反应，促进大气细颗粒物（PM_2.5）关键组分生成，为阐释大气污染形成机制提供了新视角。相关成果以《水微液滴中CO₂与有机酸的自发反应：对二次有机气溶胶生成的影响》（Spontaneous Reaction between CO₂and Organic Acids in Water Microdroplets: Implications for the Formation of Secondary Organic Aerosols）为题发表在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上。

要精准防控PM_2.5，厘清其关键组分二次有机气溶胶（SOA）的来源是关键。当前，基于已知SOA生成途径建立了多种预测模型，但模型预测值比实地观察值低1-2个数量级，这种差异表明当前对SOA生成途径认知仍不完善。针对上述SOA来源缺失的科学问题，研究团队以大气中广泛存在的CO₂为切入点，发现其能与二羧酸在大气液滴表面自发反应，生成低挥发性化合物。为了揭示反应机理，团队自主开发了在线质谱方法，并结合自由基猝灭、同位素标记与高分辨质谱等技术，鉴定了传统方法难以直接观测的高活性碳正离子中间体，进而阐明了其与CO₂解离产生的碳酸氢根发生反应的完整路径。

在此基础上，团队进一步探究了该反应的环境普适性，发现CO₂不仅能与二羧酸反应，还可与卤代酸、芳香酸等多种大气中常见的有机酸发生类似反应。这类反应生成的低挥发性化合物能够助推SOA生成，有利于大气颗粒物粒径的增长，进而加剧大气PM_2.5污染。上述成果将CO₂从大气中的“惰性旁观者”重新定义为“活性参与者”，首次建立了CO₂与SOA生成的直接联系，为大气污染精准溯源与防控提供了理论支持。

CO₂与有机酸在大气液滴表面反应贡献SOA

（a）反应机理示意图；（b）同位素标记CO₂示踪；（c）高活性碳正离子中间体鉴定

该研究成果由校区与大连理工大学和美国宾夕法尼亚大学合作完成，校区青年教师何静为论文共同第一作者，姜杰教授为论文共同通讯作者，该研究工作获得国家自然科学基金等项目资助。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.6c00050

（何静 文/图）