SO₃是一种主要的空气污染物，可视为二氧化硫最重要的氧化产物。作为一种活跃的大气物种，SO₃可导致酸雨和大气气溶胶的形成，因此在区域气候和人类健康方面发挥着重要作用。在大气中，SO₃水解生成H₂SO₄(SA)是SO₃最主要的消耗途径。作为SO₃消耗的补充，SO₃在NH₃污染区的氨解反应可形成H₂NSO₃H，不仅可与SO₃的水解反应形成的SA竞争，还可将硫酸(SA)-二甲胺(NH(CH₃)₂)簇的形成速率提高约2倍。与此类似，SO₃与CH₃OH和有机酸（如HCOOH）的反应也有报道，这两个过程都可以为有机物融入气溶胶粒子提供一种机制。然而，SO₃与无机酸之间的反应机制仍不清楚。

近日，本课题组首先利用量子化学计算和主方程研究了SO₃与H₂SO₄在H₂O的催化作用下生成焦硫酸（DSA）的气相反应。然后，利用BOMD分子动力学模拟评估了SO₃与H₂SO₄在气-液界面的反应机理。最后，利用大气簇动力学代码(ACDC)和量子化学计算研究了SO₃-H₂SO₄反应对大气颗粒形成的影响。这项工作的新颖点是研究了i) SO₃ + H₂SO₄在气相和气-液界面反应的机理差异；ii) DSA在大气NPF中的归宿及其在各种环境条件下的影响。该成果以“Reaction of SO₃ with H₂SO₄ and Its Implication for Aerosol Particle Formation in the Gas Phase and at the Air-Water Interface”为题，发表在期刊Atmospheric Chemistry and Physics上。

该研究发现在气相中有无水分子存在下SO₃与H₂SO₄反应生成H₂S₂O₇都接近无势垒过程。计算的SO₃ + H₂SO₄反应和SO₃ + (H₂O)₂反应的速率比表明，在地球大气中，[H₂O]的浓度远远大于[H₂SO₄]的浓度，导致SO₃+ H₂SO₄反应无法与SO₃ + (H₂O)₂反应竞争；然而，金星大气中硫酸的浓度高于水蒸气的浓度，因此在金星大气中，SO₃ + H₂SO₄反应比SO₃ + (H₂O)₂反应更有利。此外，ACDC动力学模拟表明，SO₃ + H₂SO₄反应的产物H₂S₂O₇ (DSA)对新粒子形成过程具有意想不到的促进作用，DSA可以直接参与基于H₂SO₄-NH₃团簇的形成，并对基于H₂SO₄-NH₃团簇的形成具有明显的促进作用。在气-液界面上，观察到H₂O诱导S₂O₇^2-H₃O⁺离子对的形成、HSO₄^-介导HSO₄^-H₃O⁺离子对的形成和H₂S₂O₇的去质子化，并在皮秒时间尺度内完成。形成的界面S₂O₇^2-、HSO₄^-和H₃O⁺可以吸引候选物种（如H₂SO₄、NH₃和HNO₃）从气相到水面形成颗粒，从而加速颗粒的生长。因此，本工作将拓展我们对酸性污染地区SO₃消耗新途径的认识。此外，这项工作还有助于揭示大都市工业区新粒子形成的一些缺失来源，更全面地了解大气有机硫循环。

论文信息

• Reaction of SO₃ with H₂SO₄ and Its Implication for Aerosol Particle Formation in the Gas Phase and at the Air-Water Interfac
  
• Rui Wang, Yang Cheng, Shasha Chen, Rongrong Li, Yue Hu, Xiaokai Guo, Tianlei Zhang, Fengmin Song, Hao Li Atmospheric Chemistry and Physics, 2024, 24, 4029-4046. Article https://doi.org/10.5194/acp-24-4029-2024

论文老师第一作者简介

本文老师第一作者，理学博士，副教授，硕士生导师，主要从事气溶胶(SOA)粒子生长机制研究。先后主持国家自然基金青年基金1项，陕西省自然基金2项，参与国家自然科学基金项目2项。在Atmos. Chem. Phys.、Phys. Chem. Chem. Phys.和J. Phys. Chem. A等国际主流刊物上发表研究论文20余篇，被J. Am. Chem. Soc.等国际化学类主流期刊引用100余次。研究成果获陕西省高等学校科学技术奖三等奖一项，陕西理工大学优秀科技成果奖两项。

论文学生第一作者简介

程洋，本文学生第一作者，陕西理工大学2021级物理化学专业硕士研究生，研究方向为大气化学反应机理及动力学研究。硕士期间发表SCI论文7篇（其中一区1篇，二区论文4篇，三区2篇），获第九届陕西省物理化学发展研讨会优秀墙报奖二等奖一项，陕西理工大学学业奖学金一等奖及二等奖各一项，陕西理工大学论文大赛三等奖一项。

陈莎莎，本文学生第一作者，陕西理工大学2022级化学学硕研究生，研究方向为大气气溶胶成核机制及气溶胶新粒子形成机制研究。硕士期间发表SCI论文3篇。

论文通讯作者简介

本文通讯作者，理学博士，教授，硕士生导师，主要从事大气污染物作用机制与快速检测研究。先后主持国家自然基金2项，陕西省自然基金1项。在Phys. Chem. Chem. Phys.、J. Environ. Sci.和Atmos. Environ.等国际主流刊物上发表研究论文30余篇，被J. Am. Chem. Soc.等国际化学类主流期刊引用150余次，授权国家发明专利6件。研究成果先后获陕西省科学技术奖二等奖1项，陕西省高等学校科学技术奖一等奖及三等奖各1项，入选陕西省特支计划区域发展人才、汉中市青年科技创新领军人才，荣获校级优秀科技工作者等荣誉称号。已培养研究生12名，指导硕士研究生获国家奖学金2项、省级研究生创新成果奖三等奖2项，获批校级研究生创新基金3项。