硝酸(HNO3)对空气污染有着至关重要的影响。传统上认为二氧化氮与羟基的反应（白天）以及五氧化二氮水解（晚上）是大气中硝酸的主要来源。近期的研究表明NOx (x = 1-2)与Cl和ClO自由基的反应被认为是大气硝酸的潜在重要来源。然而，已有研究主要集中在NOx与Cl自由基反应，例如NO + Cl、NO2 + Cl反应。ClO自由基作为大气中含量丰富的活性卤素物种，主要来源于极地、沿海地区和盐湖区域，有关NOx与ClO自由基反应机制的研究尚未报道。作为大气中最重要的氮氧化物，NO2通过参与大气化学反应促进光化学烟雾的形成，进而对环境污染和人体健康造成危害。因此，有必要进一步研究NO2与ClO反应在气相及气-液界面上的反应机制，以充分了解HNO3在高污染沿海地区的潜在形成途径。
本课题组采用量子化学方法、主方程(ME/RRKM)理论以及BOMD模拟研究了气相及气-液界面上水分子参与NO2 + ClO反应生成HNO3的新机制。该成果以“A new mechanism of HNO3 from the reaction of NO2, ClO and water molecule in the Gas-Phase and at the Air-Water interface”为题，发表在期刊Chemical Physics上。
该研究结果表明，在气相反应中，H2O作为反应物通过链状反应机制与NO2、ClO相互作用生成HNO3。速率常数计算结果表明，在夜间15-50 km高度范围内，NO2•••H2O + ClO反应可与N2O5水解反应相竞争。在液滴气-液界面上，BOMD模拟结果表明NO2 + ClO与界面水分子反应生成HNO3的通道遵循单水分子反应机制。通过经典分子反应动力学模拟发现，HNO3可与H2SO4、NH3和H2O分子逐步聚集形成较为稳定的气溶胶团簇。该研究确定了NO2 + ClO与(H2O)1-2反应的重要性，并为高污染沿海地区HNO3潜在来源提供了一条新途径。
论文信息
A new mechanism of HNO3 from the reaction of NO2, ClO and water molecule in the Gas-Phase and at the Air-Water interface
Ruxue Mu, XiaoPan Wang, Guanhua Wang, Rongrong Li, Zeyao Li, Shuqin Wei, Chengyan Zhang, Tianlei Zhang* and Rui Wang
Chem. Phys., 2024, 585, 112373.
Article https://doi.org/10.1016/j.chemphys.2024.112373
论文第一作者简介
- 穆茹雪
本文第一作者，陕西理工大学2022级硕士研究生，主要研究大气化学反应微观动力学机理。硕士期间发表SCI论文两篇，中文核心期刊一篇，获陕西理工大学天汉助研奖学金一项，主持陕西理工大学2023年研究生创新基金项目一项。