苯乙烯臭氧化反应产物是城市地区潜在的成核物质
组内消息 2022-07-01
苯乙烯是城市大气中二次有机气溶胶（SOA）的重要前体物。由于苯乙烯具有芳香烃和烯烃的双重属性，因此作为一种重要的基础化工原料被广泛用于合成树脂和橡胶，从而导致苯乙烯具有广泛的人为排放源。以往研究发现苯乙烯具有很高的SOA生成潜势，但是缺少对苯乙烯SOA化学组成的了解。
最近，中国科学院大气物理研究所于姗杉博士和贾龙副研究员等结合自助开发的电离源和轨道阱质谱技术，首次从分子水平揭示了苯乙烯生成的二次有机颗粒物的化学组成(图1)。发现苯乙烯与臭氧反应可以生成一类分子量高达700Da的大分子聚合物。这类聚合物的挥发性极低，一旦在气相生成便可以单独成核。通过解析分子结构，发现Criegee自由基是此类聚合物生成的关键中间物质，并通过实验证实水汽对Criegee聚合反应具有抑制作用。
一般认为气态硫酸是大气中主要的成核物质，不过，实验室关于硫酸成核的研究与外场观测到的现象并不一致。如，外场观测到的成核过程与相对湿度呈负相关性，但实验室研究发现水汽对硫酸成核却具有促进作用。水汽对苯乙烯成核的抑制作用可以很好的解释这一下现象。同时也在外场颗粒物中发现了源自苯乙烯的聚合物，从而证实苯乙烯是大气中潜在的成核物质（图2）。由于苯乙烯在城市地区具有较高的浓度，因此苯乙烯对大气成核的贡献不容忽视。相关结果发表在Chemosphere和 Atmospheric Research上。
图1 相对湿度对苯乙烯氧化产物的影响机制
图2 苯乙烯与臭氧反应生成的大分子聚合物是重要的成核物质
Yu, S.S., Jia, L.*, Xu, Y.F., Pan, Y.P., 2022. Formation of extremely low-volatility organic compounds from styrene ozonolysis: Implication for nucleation. Chemosphere 305, 135459. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2022.135459
Yu, S.S., Jia, L.*, Xu, Y.F., Pan, Y.P., 2022. Molecular composition of secondary organic aerosol from styrene under different NOx and humidity conditions. Atmospheric Research. 266, 105950. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2021.105950