近日，国际权威期刊Journal of American Chemical Society（《美国化学会志》）在线发表了课题组在原位质谱结构解析方面的最新研究成果。论文题为“Spontaneous Generation of ⁻CH₂CN from Acetonitrile at the Air-Water Interface”（乙腈在空气-水界面自发产生氰甲基负离子）。魏是奇、万琼琼、周士博为共同第一作者，陈素明教授和万琼琼副教授为共同通讯作者，武汉大学为论文唯一署名单位。

      乙腈（CH₃CN）不仅是一种有机溶剂，还广泛存在于大气和太空中。在生物质燃烧和废气排放的情况下，空气中 CH₃CN 的混合比阈值会显著升高。CH₃CN 在大气和生物地球化学循环中发挥着重要作用，但其在大气中的吸收和转化机制还不清楚。而以往的研究发现，空气中的 CH₃CN 浓度在海洋边界层中显著降低。但由于水和 CH₃CN 在大气条件下通常是惰性的，因此 CH₃CN 在空气-水界面的反应性很少受到关注。研究团队推测，CH₃CN 在潮湿环境中的转化可能与气-液界面化学反应有关。

      为了探究CH₃CN在空气-水界面的化学转化过程，他们建立了研究气液界面反应的原位质谱分析装置，发现并验证了在空气-水界面上，CH₃CN在水溶液中会前所未有地自发去质子化生成⁻CH₂CN，并通过捕获关键中间产物和计算化学，揭示了•OH和电子在气液界面协同氧化-还原CH₃CN的间接去质子化机制。•OH会进攻CH₃CN经过过渡态[HO···CH₃CN]^‡生成•CH₂CN，•CH₂CN再从气-液界面得到一个电子生成⁻CH₂CN。此外，还观察到多重的间接去质子化-质子化的动态过程。为了对⁻CH₂CN进行精准结构鉴定和反应性研究，实验在线解析了其与丙酮、苯甲醛和母体 CH₃CN分子的亲核加成反应，确证了⁻CH₂CN的结构与高反应活性。此外，原位质谱分析还证明，气-液界面上生成的⁻CH₂CN能与CO₂发生无能垒亲核加成反应生成2-氰基乙酸，用于CO₂的固定。本研究揭示的协同氧化还原反应过程为气-液界面化学转化提供了新的思路，所发现的独特的CH₃CN反应可能为解开大气环境中CH₃CN转化之谜提供新的线索。

      该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划和武汉大学科研启动基金的支持。

      论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c13013