即可将网页分享至朋友圈
近日，基础与前沿研究院董帆教授团队在国际化学与环境领域顶级期刊《Journal of the American Chemical Society》和国际环境领域专业期刊《Environmental Science & Technology》上连续发表2篇关于温室气体参与大气活性氮界面光化学转化机制的研究成果。基础与前沿研究院董帆教授、资源与环境学院博士后王红为论文共同通讯作者，基础与前沿研究院2025级博士生张鑫为论文第一作者，电子科技大学基础与前沿研究院为论文第一单位。
论文一：CH4 Boosts the Atmospheric Nitrate-to-HONO Formation by Photoinduced •CH3 Radicals (J. Am. Chem. Soc., 2025)
温室气体甲烷（CH4）浓度上升带来的影响已成为全球关注的空气污染和气候变化的关键问题，其光化学转化可以生成极具潜力的高活性甲基自由基（·CH3）从而影响大气化学反应。然而，·CH3在大气HONO形成中的作用被严重忽视，导致温室气体对大气氧化能力的贡献被低估。随着TiO2广泛用作建筑表面涂层和工业材料，这将极大地促进大气中CH4的吸附、活化和转化。同时，这些表面为硝酸盐光解提供了重要的反应场所。鉴于颗粒物表面的潜在相互作用，CH4可能影响硝酸盐的光解过程和大气HONO的生成。因此，研究CH4对大气HONO生成的影响将为温室气体在大气化学中的作用提供新的见解。
图1 太阳光下大气环境中不同颗粒表面CH4通过硝酸盐光解促进HONO生成的示意图
针对所存在的关键科学问题，董帆教授团队提出并证明了一条CH4通过光诱导·CH3促进大气颗粒物表面硝酸盐分解生成HONO的分子途径及作用机制，并在大气光活性颗粒物、真实矿物粉尘和商用建筑涂层材料表面证实了其广泛的环境意义，首次为温室气体对大气氧化能力的增强作用提供了直接的证据。本文深入研究了全面的光化学转化机制，以揭示实际的界面反应过程和关键中间体，研究手段包括原位漫反射红外傅立叶变换光谱（DRIFTS）、电子顺磁共振（EPR）、连续流动反应系统、猝灭实验和密度泛函理论（DFT）计算。基于大量的实验证据，文中提出CH4在颗粒物表面生成的·CH3不仅会活化NO3−分子，促进N-O键断裂，也会促进H2O分子的解离，提供更多的H原子，促进HONO的生成。
图2 CH4促进硝酸盐光解生成HONO的作用机制
该研究为温室气体和大气环境在光化学转化过程中的复杂相互作用提供了新的视角，揭示了人为温室气体排放如何重塑大气化学动力学并影响全球环境变化。
论文二：Unveiling the Overlooked Inhibitory Effects of Carbon Dioxide on Photochemical Nitrate Decomposition over Photoactive Mineral Dust （Environ. Sci. Technol., 2025）
碳排放量的增加导致温室气体浓度不断上升，特别是二氧化碳（CO2），引起了地球表面温度、湿度等气象条件的变化。然而，大多数研究集中在温室气体对污染物扩散和运输的影响上，忽略了其可能直接参与并影响大气污染物的转化，对温室气体如何参与活性氮循环过程仍缺乏明确的认识。硝酸盐光解过程作为大气活性氮循环中的一个关键组成部分，易受大气成分的影响，尤其是在光活性颗粒物表面。因此，考虑到温室气体对大气环境的关键作用，迫切需要研究被忽视的温室气体对硝酸盐光解过程的影响。
图3 不同颗粒物表面CO2对硝酸盐光解产生氮氧化物（NOx）的抑制作用
针对所存在的关键科学问题，董帆教授团队揭示了被忽视的CO2对光活性矿物粉尘表面硝酸盐光解过程的抑制作用机制。研究团队使用原位漫反射红外傅立叶变换光谱（DRIFTS）技术，对硝酸盐和CO2在颗粒表面的动态演化过程进行了细致研究，并分析了反应的动力学过程。然后，借助猝灭实验和电子顺磁共振谱（EPR）技术，确定了光生电子在硝酸盐光解中的决定性作用，揭示了硝酸盐和CO2光化学转化的竞争关系。此外，通过设计相关对比实验和理论计算为硝酸盐和CO2在光活性颗粒物表面的光化学相互作用提供了进一步的见解，揭示了CO2通过生成关键中间产物来抑制硝酸盐光解的机理。
图4 颗粒物表面CO2光化学转化抑制硝酸盐光解的反应机制
该研究首次揭示了CO2在大气活性氮循环中的复杂作用，建立了碳排放和空气污染之间的直接关系，为进一步研究温室气体对大气活性氮物种迁移和转化的直接影响奠定了重要基础。
论文1 链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c12556
论文2 链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.4c11591
作者简介：
王红，电子科技大学资源与环境学院师资博士后，主要研究方向为大气活性氮界面光化学转化机制。以第一或通讯作者在J. Am. Chem. Soc.，PNAS，Angew. Chem. Int. Ed.，Environ. Sci. Technol.等期刊发表SCI论文18篇，主持国家自然科学基金青年基金和博士后面上项目，曾荣获国家博士后创新人才支持计划（2023年）、四川省优秀大学毕业生（2023年）、上海同济高廷耀青年博士生杰出人才奖学金（2022年）等。
张鑫，电子科技大学基础与前沿研究院2025级博士研究生，主要从事温室气体的大气转化机制及环境影响相关研究。以第一作者在J. Am. Chem. Soc.、Environ. Sci. Technol.发表论文2篇，合作发表论文3篇。
编辑：刘瑶 / 审核：王晓刚 / 发布：陈伟
