三氧化硫(SO₃)作为二氧化硫最重要的氧化产物，可导致酸雨和大气气溶胶的形成，在区域气候和人类健康方面发挥着重要作用。传统认为，大气中SO₃最主要的消耗途径是通过其水解反应进行的。作为SO₃消耗的补充，，SO₃与许多大气痕量气体的反应在局部污染区域中也是不可或缺的。已有研究表明，SO₃在NH₃污染区域的氨解反应形成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。然而目前的研究工作仅仅局限在SO₃与单官能团化合物的反应，而有关SO₃与多官能团化合物在气液界面上的反应机制却少有报道。

乙醇胺(HOCH₂CH₂NH₂, MEA)作为CO₂气体的优良吸附剂，被广泛应用于工业生产。作为双官能团化合物（-OH和-NH₂基团），MEA因其具有不同的结构特性，不仅能够作为质子的给体，也能作为质子的受体参与大气反应。因此，研究SO₃与MEA在气相及气液界面上大气行为有助于更好的理解SO₃在污染区域与多官能团化合物大气反应机制。

近日，本课题组采用量子化学计算结合BOMD模拟研究了气相及气-液界面上H₂O分子对SO₃与MEA反应的影响。该成果以“The reaction mechanism of SO₃ with the multifunctional compound ethanolamine and its atmospheric implications”为题，发表在期刊Physical Chemistry Chemical Physics上。

该研究结果表明，SO₃与MEA的气相反应能够形成两种不同的产物NH₂CH₂CH₂SO₄H和HOCH₂CH₂NHSO₃H。与裸反应相比，H₂O分子的加入不仅能够显著的降低反应能垒，还能使反应速率增大10⁵-10⁶倍。尽管SO₃与MEA的反应还不能与SO₃水解反应相竞争，但反应产物NH₂CH₂CH₂SO₄H和HOCH₂CH₂NHSO₃H均可与H₂SO₄、NH₃和H₂O分子逐步聚集最后形成稳定的团簇。在气-液界面上，，SO₃与MEA可以发生有别于气相的反应机制，在界面水分子的参与下观察到H₂O诱导SO₃与MEA反应形成NH₂CH₂CH₂SO₄^-∙∙∙H₃O⁺离子对、SO₃与MEA直接反应形成OHCH₂CH₂NH₂⁺∙∙∙SO₃^-离子对以及MEA存在下SO₃水解形成HSO₄^-和HOCH₂CH₂NH₃⁺离子。这些界面路线遵循诱导反应机制或链式反应机制，且在气液界面上首次观察到OHCH₂CH₂NH₂⁺žžžSO₃^-离子对形成，并在皮秒时间尺度进行。当前的研究进一步拓展了对流层中SO₃的消耗机制，有助于更好的理解气相及气-液界面上SO₃与多官能团化合物大气动力学行为，对于评估有机硫酸盐的形成潜力具有重要的研究价值。

论文信息

·      The reaction mechanism of SO₃ with the multifunctional compound ethanolamine and its atmospheric implications
Rui Wang, Ruxue Mu, Zeyao Li, Yongqi Zhang, Jihuan Yang, Guanhua Wang, Tianlei Zhang Physical Chemistry Chemical Physics., accepted.

论文老师第一作者简介

王睿，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

穆茹雪，本文学生第一作者，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。

李泽尧，本文学生第一作者，陕西理工大学2023级化学学硕研究生，主要研究大气化学反应微观动力学机理。主持陕西理工大学2024年研究生创新基金项目一项。

论文通讯作者简介

张田雷，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《Atmospheric Chemistry and Physics》《Atmospheric Environment》《Physical Chemistry Chemical Physics》和《Journal of Environmental Sciences》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。