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科學家提出黑碳氣溶膠成核新機制

文章來源：新能源網更新時間：2025-05-19 16:38:58

本報訊（記者王敏）近日，中國科學技術大學教授王占東團隊通過實驗和理論相結合，發現燃燒中產生的共價團簇中間體在氣相小分子-黑碳顆粒轉換過程中扮演著橋梁作用，由此提出“共振穩定自由基團簇化（RSRC）”黑碳氣溶膠成核新機制。相關研究成果在線發表于美國《國家科學院院刊》。

化石燃料和生物質的不完全燃燒產生的黑碳氣溶膠是大氣細顆粒物的關鍵組分，在多維度環境系統中具有重要影響，不僅降低區域空氣質量、加劇呼吸道疾病風險，還通過吸收太陽輻射改變大氣能量平衡，成為繼二氧化碳之后的第二大氣候變暖貢獻因子。其在能源動力領域表現為發動機積碳現象，即由于未充分燃燒產生的碳微粒沉積會顯著降低燃燒效率，并加速發動機部件磨損。

盡管學界已建立對黑碳氣溶膠環境危害的系統認知，但關于其成核機制的核心科學問題仍未解決，如從氣態前驅體向顆粒相轉變的動態演化路徑，特別是臨界成核階段的分子界面反應機制。這一基礎研究瓶頸制約著污染控制技術創新、環境治理策略優化，以及大氣化學-云物理-氣候模型等多學科交叉領域關鍵界面過程的精準解析。

該研究團隊在近期研究中發現，燃燒中持久性自由基反應可以產生共價團簇中間體以及黑碳氣溶膠顆粒。此次工作中，研究人員所提出的RSRC黑碳氣溶膠成核新機制，通過自由基鏈反應實現分子團簇的共價鍵合生長，強調共價團簇在黑碳氣溶膠形成過程中的重要性，與傳統黑碳氣溶膠顆粒形成理論形成鮮明對比。傳統理論認為，黑碳氣溶膠顆粒成核主要依賴多環芳烴的物理堆疊或弱化學締合。

RSRC機制的建立，為黑碳氣溶膠顆粒的初始成核過程提供了新的分子層面的機理闡釋，也為燃燒黑碳氣溶膠顆粒物的多尺度模擬奠定了關鍵理論基礎。

相關論文信息：

https://doi.org/10.1073/pnas.2503292122

《中國科學報》 (2025-05-14 第1版要聞)

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