大气化学与气候课题组

新电离技术揭示氨气将克氏中间体转化为含氮有机物

组内消息 2026-04-02

  继揭示氨气（NH₃）与天然源挥发性有机物异戊二烯的大气转化机理后，课题组再次取得重要突破。我们利用自主研发的原位电离质谱技术（GAIS-Orbitrap-MS），首次证实了氨气与人为源污染物苯乙烯之间也存在一种普适性的化学反应路径。研究发现，氨气可以高效捕获苯乙烯臭氧化过程中生成的稳定克氏中间体（SCIs），并生成一种含有过氧键的有机胺分子（C₇H₉O₂N）。这一反应路径与课题组之前在异戊二烯体系中的发现高度一致，表明“氨气-SCIs”反应是一种在天然源和人为源烯烃类有机物中普遍存在的化学机制。

  该反应的发生显著改变了二次有机气溶胶（SOA）的生成路径：一方面，氨气与SCIs的反应抑制了传统SOA组分（如苯甲酸和低聚物）的生成，导致SOA总产率显著下降；另一方面，新生成的有机胺分子会快速分解为亚胺和酰胺等含氮有机物，毒性评估显示这些产物的毒性级别远高于传统SOA组分。这意味着氨气在SOA中的作用比当前认识更为复杂，其虽然降低了SOA产率，却可能将SOA的化学组成引向毒性更高的含氮有机物。未来在评估氨减排的环境效益时，有必要对这一新发现的化学机制给予充分考虑。

  成果发表于 Atmospheric Chemistry and Physics。论文第一作者为大气所博士研究生李晓颖，通讯作者为贾龙研究员，共同作者包括徐永福研究员。

  Li, X.Y., Jia, L.*, Xu, Y.F. NH3 Converts Criegee Intermediates to Nitrogenous Organics. Atmos. Chem. Phys. 2026, 26(6), 4479–4487. https://doi.org/10.5194/acp-26-4479-2026

研究揭示二次有机气溶胶形成对OH自由基源的依赖性

组内消息 2025-09-16

课题组最新研究发现，在城市较高湿度条件下，二次有机气溶胶（SOA）的形成强烈依赖于OH自由基的来源。该研究以典型人为源芳香烃间二甲苯（m-xylene）为研究对象，对比了以H₂O₂和O₃作为OH源时，在不同湿度下SOA的生成特性和化学组成。结果表明，当以H₂O₂为OH源时，SOA产率随湿度升高急剧下降，从6%相对湿度（RH）下的29.8%降至78% RH时的3.8%；而在O₃为OH源的体系中，SOA产率在不同湿度条件下基本稳定。研究通过高分辨率轨道阱质谱（Orbitrap-MS）分析揭示，高湿条件下H₂O₂溶解于颗粒相水中发生光解产生过量OH自由基，促使SOA前体物发生碎片化反应，导致碳损失和气溶胶挥发增强；而O₃体系则通过低聚反应维持了SOA的稳定生成。该研究首次系统揭示了不同OH源在调控大气SOA形成中对湿度响应的机制差异，对改进大气化学模型、精准预测颗粒物污染具有重要科学意义。

Zhang Q., Xu Y.F., Jia L.*, 2025, Dependence of aerosol formation on OH radical sources under humid conditions from m-xylene, Environmental Pollution,385, 127107, https://doi.org/10.1016/j.envpol.2025.127107

硫酸铵与二次有机气溶胶间的交叉化学反应

组内消息 2024-09-29

以硫酸铵等无机盐为代表的二次无机气溶胶（SIA）和二次有机气溶胶（SOA）是大气细颗粒物PM2.5的主要组成。由于SOA的成分极其复杂，因而过去的研究往往集中于SOA的生成和演化，很少关注SIA与SOA之间的相互作用。硫酸铵与SOA相互作用可能会改变气溶胶的毒性和光学特性，因此，忽略SIA与SOA之间的交叉反应，会限制我们对PM2.5理化特性的全面了解。

课题组利用实验室模拟和高分辨轨道阱质谱技术，发现烯烃降解过程中克氏中间体自由基之间存在普遍的交叉反应过程，并最新发现硫酸铵与SOA之间也存在着显著的交叉反应。研究团队分析了在不同环境条件下，硫酸铵与苯乙烯氧化产生的SOA之间交叉反应的分子组成，结果表明，铵盐主要通过颗粒相反应生成含氮有机物，而硫酸盐则主要参与形成有机硫酸酯。此外，硫酸铵的存在显著改变了苯乙烯克氏中间体生成低聚物的反应路径。这项研究不仅加深了我们对SOA形成机制的认识，突显了SIA与SOA分子间相互作用的重要性。硫酸铵与SOA相互作用会生成含氮和含硫有机物这一发现，对于揭示城市大气中PM2.5的毒性和光学特性具有重要的科学意义。

上述研究成果近期发表于期刊《Science of the Total Environment》，论文第一作者为于姗杉博士，通讯作者贾龙研究员，合作者包括徐永福研究员和潘月鹏研究员。

Yu, S.S., Jia, L.*, Xu, Y.F., Pan, Y.P., 2024. Molecular interaction between ammonium sulfate and secondary organic aerosol from styrene. Sci. Total Environ., 954,176414, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.176414