清華新聞網7月21日電（通訊員 李曉曉）近日，bevictor伟德官网蔣靖坤教授研究組在大氣顆粒物成因研究領域取得新進展。研究通過在線測量北京大氣新粒子生長過程中8-40納米顆粒物分粒徑化學組分及其随顆粒物粒徑增長的變化特征，結合氣态前體物觀測和顆粒物冷凝生長理論分析，揭示了大氣中可冷凝有機氣體對于新粒子生長的重要作用。

北京大氣新粒子快速生成與緩慢生長示意圖

研究表明，在北京高氮氧化物（NO_x）濃度的抑制作用下，人為源揮發性有機氣态前體物（AVOCs）氧化生成的可冷凝氣體濃度較低，導緻新粒子生長緩慢，這與北京較高的大氣新粒子生成速率形成鮮明對比。

大氣新粒子生成是氣态前體物通過均相成核形成二次顆粒物的過程，是全球大氣顆粒物數量的主要貢獻源。當新生成的顆粒物由1-3納米生長到50納米以上時，可對全球氣候和空氣質量産生顯著影響。污染較嚴重的城市地區新粒子生成速率可比清潔地區高1-3個數量級，而新粒子生長速率卻與清潔地區相似甚至更低。這一顯著差異的原因尚不清晰。大氣中新生成的納米顆粒物質量低、易損失，傳統儀器難以有效地測量其組分，這阻礙了對新粒子生長過程的認識。

TDCIMS實物圖（左）和分粒徑納米顆粒物測量示意圖

蔣靖坤研究組與加州大學爾灣分校化學系詹姆斯·史密斯（James N. Smith）教授合作，發展了顆粒物荷電技術、靜電篩分技術和軟X射線化學電離技術，研制了新型靜電捕集熱脫附化學電離質譜儀（TDCIMS），實現了納米顆粒物分粒徑化學組分的在線測量（Li et al.,Environ. Sci. Technol., 2021, 55: 2859-2868）。本研究使用TDCIMS首次在線測量了北京大氣環境中8、15、25和40納米顆粒物的化學組分，探究了大氣新粒子生長特征和機制。

北京大氣新粒子的組分（左）和主要生長機制随粒徑的變化

研究發現，北京大氣新粒子生長初期主要以硫酸冷凝和堿性氣體吸收的貢獻為主；随着新粒子粒徑的逐漸增大，有機氣體冷凝的貢獻逐漸增加，導緻顆粒物生長至8納米及以上時主要組分變成了有機物，而顆粒物中有機酸堿結合反應的貢獻較小。北京大氣中可冷凝有機氣體主要來自于AVOCs的大氣氧化過程，受機動車排放的影響，北京高NO_x濃度會抑制可冷凝有機氣體的生成。因此，相比于天然源揮發性有機物主導、NO_x濃度較低的清潔地區，北京大氣中含有大量揮發性較高的硝基苯酚類化合物，而揮發性低、可冷凝的有機氣體占比較低，這解釋了北京較低的大氣新粒子生長速率。低生長速率削弱了新粒子生成過程對于氣候和空氣質量的影響。當然，這一可冷凝有機氣體生成抑制現象未來可能會随着機動車控制和NO_x濃度降低而減弱，如能同時降低AVOCs的排放則會有利于保持較低的新粒子生長速率。

上述研究成果以“可冷凝有機氣體的不足導緻了城市大氣新粒子生長緩慢”（Insufficient Condensable Organic Vapors Lead to Slow Growth of New Particles in an Urban Environment）為題發表在美國化學學會期刊《環境科學與技術》（Environmental Science & Technology）上。論文的第一作者為bevictor伟德官网博士後李曉曉，指導教師為郝吉明院士和蔣靖坤教授。論文的通訊作者為蔣靖坤教授和James N. Smith教授。論文的其他合作單位包括赫爾辛基大學和北京化工大學。研究獲得了國家自然科學基金委“大氣霾化學”基礎科學中心、三星全球研究項目、中國博士後基金、美國能源部、芬蘭科學院研究基金、芬蘭Jane and Aatos Erkko基金和歐洲研究委員會的經費支持。

論文鍊接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.2c01566