bevictor伟德官网2024年3月26日電（通訊員 李雨陽）新粒子生成是全球大氣顆粒物數濃度的主要來源，新生成的顆粒物經過後續生長會導緻氣候和環境效應。bevictor伟德官网蔣靖坤教授課題組與加州大學爾灣分校詹姆斯·史密斯（James N. Smith）教授合作，發現硝酸冷凝對于北京冬季低溫環境下大氣新粒子生長的貢獻遠低于歐洲核子研究組織報道的實驗室研究結果，并揭示其主要原因為納米顆粒物中有機物組分在低相對濕度下大大降低了硝酸的攝取效率，提出大氣納米顆粒物可能存在“無機核-有機殼”的形貌結構。

大氣新粒子形成和生長影響全球氣候和空氣質量。近期，歐洲核子研究組織的大氣煙霧箱實驗研究提出，在具有高度過飽和HNO₃和NH₃的低溫環境中，納米顆粒物可以快速生長，速率高達1000納米/小時。相關報道評述該煙霧箱實驗結果對于低溫條件下污染城市大氣具有重要意義。

本研究通過在北京開展長期大氣觀測，提供了直接的觀測證據。研究發現，在北京冬季HNO₃和NH₃持續高過飽和的環境中，新粒子生長速率僅為0.8−5 納米/小時，且硝酸鹽在8−40納米顆粒物中占比不超過~14%，表明北京城市大氣中納米顆粒物對HNO₃的攝取效率比歐洲核子研究組織煙霧箱實驗結果低2−4個數量級。與煙霧箱實驗條件相比，北京大氣納米顆粒物有機組分占比高、且大氣環境相對濕度低，這使得北京冬季納米顆粒物可能存在“無機核-有機殼”結構，進而導緻其對硝酸的攝取效率顯著降低。

圖1. 北京大氣環境研究結果與歐洲核子研究組織煙霧箱實驗結果的對比：（a）硝酸、氨氣飽和比、生長速率與攝取系數、（b）氣态前體物比例、（c）環境相對濕度和（d）可能的顆粒物構型

本研究基于大氣觀測證明了納米顆粒物對氣态組分的攝取可能受到顆粒物組分和結構的影響，為新粒子生長過程中的半揮發性組分貢獻研究提供了新的視角。盡管北京冬季大氣與歐洲核子研究組織煙霧箱實驗均存在硝酸和氨氣過飽和的情況，但攝取系數的差異導緻了硝酸對新粒子生長的貢獻顯著不同。而北京的硝酸、氨氣過飽和條件在大多數城市大氣或高空寒冷條件下也可能存在，在這些環境下對于硝酸、氨氣貢獻生長的研究也需要針對新粒子的化學組成和結構對其附着系數的影響進行定量分析。

圖2. 硝酸和氨氣飽和比與附着系數對新粒子生長速率的影響

該項研究成果以《新粒子組成和結構顯著影響硝酸對納米顆粒物生長的貢獻》（The Significant Role of New Particle Composition and Morphology on the HNO₃-Driven Growth of Particles down to Sub-10 nm）為題在線發表在《環境科學與技術》（Environmental Science & Technology）上。

論文共同第一作者為bevictor伟德官网2019級博士研究生李雨陽與武漢大學副研究員李曉曉，論文共同通訊作者為蔣靖坤和James N. Smith，bevictor伟德官网郝吉明院士、鄭光潔助理教授，博士研究生李怡然、陳易靜，複旦大學蔡潤龍研究員，南京大學鄢超副教授，北京化工大學劉永春教授，研究生張雨生、郭藝爍、華陳傑，赫爾辛基大學馬爾庫·庫爾馬拉（Markku Kulmala）教授、維利-馬蒂·克爾米甯（Veli-Matti Kerminen）教授等為觀測平台建立、儀器數據分析、模型模拟等工作提供了重要指導和幫助。研究得到國家自然科學基金委、美國能源部、三星全球戰略研究項目的資助。

論文鍊接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.est.3c09454