【儀表網 研發快訊】近日，基礎與前沿研究院董帆教授團隊在國際化學與環境領域頂級期刊《Journal of the American Chemical Society》和國際環境領域專業期刊《Environmental Science & Technology》上連續發表2篇關于溫室氣體參與大氣活性氮界面光化學轉化機制的研究成果。基礎與前沿研究院董帆教授、資源與環境學院博士后王紅為論文共同通訊作者，基礎與前沿研究院2025級博士生張鑫為論文第一作者，電子科技大學基礎與前沿研究院為論文第一單位。
論文一：CH4 Boosts the Atmospheric Nitrate-to-HONO Formation by Photoinduced •CH3 Radicals (J. Am. Chem. Soc., 2025)
溫室氣體甲烷(CH4)濃度上升帶來的影響已成為全球關注的空氣污染和氣候變化的關鍵問題，其光化學轉化可以生成極具潛力的高活性甲基自由基(·CH3)從而影響大氣化學反應。然而，·CH3在大氣HONO形成中的作用被嚴重忽視，導致溫室氣體對大氣氧化能力的貢獻被低估。隨著TiO2廣泛用作建筑表面涂層和工業材料，這將極大地促進大氣中CH4的吸附、活化和轉化。同時，這些表面為硝酸鹽光解提供了重要的反應場所。鑒于顆粒物表面的潛在相互作用，CH4可能影響硝酸鹽的光解過程和大氣HONO的生成。因此，研究CH4對大氣HONO生成的影響將為溫室氣體在大氣化學中的作用提供新的見解。
圖1 太陽光下大氣環境中不同顆粒表面CH4通過硝酸鹽光解促進HONO生成的示意圖
針對所存在的關鍵科學問題，董帆教授團隊提出并證明了一條CH4通過光誘導·CH3促進大氣顆粒物表面硝酸鹽分解生成HONO的分子途徑及作用機制，并在大氣光活性顆粒物、真實礦物粉塵和商用建筑涂層材料表面證實了其廣泛的環境意義，首次為溫室氣體對大氣氧化能力的增強作用提供了直接的證據。本文深入研究了全面的光化學轉化機制，以揭示實際的界面反應過程和關鍵中間體，研究手段包括原位漫反射紅外傅立葉變換光譜(DRIFTS)、電子順磁共振(EPR)、連續流動反應系統、猝滅實驗和密度泛函理論(DFT)計算。基于大量的實驗證據，文中提出CH4在顆粒物表面生成的·CH3不僅會活化NO3−分子，促進N-O鍵斷裂，也會促進H2O分子的解離，提供更多的H原子，促進HONO的生成。
圖2 CH4促進硝酸鹽光解生成HONO的作用機制
該研究為溫室氣體和大氣環境在光化學轉化過程中的復雜相互作用提供了新的視角，揭示了人為溫室氣體排放如何重塑大氣化學動力學并影響全球環境變化。
論文二：Unveiling the Overlooked Inhibitory Effects of Carbon Dioxide on Photochemical Nitrate Decomposition over Photoactive Mineral Dust (Environ. Sci. Technol., 2025)
碳排放量的增加導致溫室氣體濃度不斷上升，特別是二氧化碳(CO2)，引起了地球表面溫度、濕度等氣象條件的變化。然而，大多數研究集中在溫室氣體對污染物擴散和運輸的影響上，忽略了其可能直接參與并影響大氣污染物的轉化，對溫室氣體如何參與活性氮循環過程仍缺乏明確的認識。硝酸鹽光解過程作為大氣活性氮循環中的一個關鍵組成部分，易受大氣成分的影響，尤其是在光活性顆粒物表面。因此，考慮到溫室氣體對大氣環境的關鍵作用，迫切需要研究被忽視的溫室氣體對硝酸鹽光解過程的影響。
圖3 不同顆粒物表面CO2對硝酸鹽光解產生氮氧化物(NOx)的抑制作用
針對所存在的關鍵科學問題，董帆教授團隊揭示了被忽視的CO2對光活性礦物粉塵表面硝酸鹽光解過程的抑制作用機制。研究團隊使用原位漫反射紅外傅立葉變換光譜(DRIFTS)技術，對硝酸鹽和CO2在顆粒表面的動態演化過程進行了細致研究，并分析了反應的動力學過程。然后，借助猝滅實驗和電子順磁共振譜(EPR)技術，確定了光生電子在硝酸鹽光解中的決定性作用，揭示了硝酸鹽和CO2光化學轉化的競爭關系。此外，通過設計相關對比實驗和理論計算為硝酸鹽和CO2在光活性顆粒物表面的光化學相互作用提供了進一步的見解，揭示了CO2通過生成關鍵中間產物來抑制硝酸鹽光解的機理。
圖4 顆粒物表面CO2光化學轉化抑制硝酸鹽光解的反應機制
該研究首次揭示了CO2在大氣活性氮循環中的復雜作用，建立了碳排放和空氣污染之間的直接關系，為進一步研究溫室氣體對大氣活性氮物種遷移和轉化的直接影響奠定了重要基礎。
作者簡介：
王紅，電子科技大學資源與環境學院師資博士后，主要研究方向為大氣活性氮界面光化學轉化機制。以第一或通訊作者在J. Am. Chem. Soc.，PNAS，Angew. Chem. Int. Ed.，Environ. Sci. Technol.等期刊發表SCI論文18篇，主持國家自然科學基金青年基金和博士后面上項目，曾榮獲國家博士后創新人才支持計劃(2023年)、四川省優秀大學畢業生(2023年)、上海同濟高廷耀青年博士生杰出人才獎學金(2022年)等。
張鑫，電子科技大學基礎與前沿研究院2025級博士研究生，主要從事溫室氣體的大氣轉化機制及環境影響相關研究。以第一作者在J. Am. Chem. Soc.、Environ. Sci. Technol.發表論文2篇，合作發表論文3篇。
所有評論僅代表網友意見，與本站立場無關。