Mycket syresatta organiska molekyler är en nyckelkomponent i atmosfärisk sekundär organisk aerosol. Ursprunget och bildningsmekanismen för starkt syresatta organiska molekyler med hög omättnad (HU-HOMs) är dock fortfarande okänd. Men nu har ett internationellt team av forskare funnit att fotooxidation av stora polycykliska aromatiska kolväten (PAH) på sot av singletsyre- och superoxidanjonradikaler kan vara en viktig källa till de oförklarade HU-HOM som i stor utsträckning observeras i atmosfären. Teamet leddes av Yafang Cheng från Max Planck Institute for Chemistry och Chuncheng Chen från Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences. Deras resultat är baserade på undersökningar på molekylär nivå av det fotokemiska åldrandet av sot av O_2. De PAH-härledda HU-HOMs uppvisar lakton- och anhydridfunktionella grupper och kan avsevärt öka sotets hydrofilicitet.

Ökningen av sotets hydrofilicitet efter fotokemisk åldring förväntas ytterligare påverka ödet och effekterna av sotaerosoler i atmosfären:t.ex. att bli bättre molnkondensationskärnor, lättare vara involverade i vattenfaskemi och åldrande, vilket förändrar dess våta avsättningsprocess. etc.

Dechiffrera de molekylära formlerna

Forskarna karakteriserade utvecklingen av molekylär sammansättning under fotoåldring av sot genom att applicera laserdesorptionsjonisering i kombination med Fourier-transformjoncyklotronresonansmasspektrometri (LDI FT-ICR MS), en ultrahögupplöst masspektrometriteknik som tillåter säker tilldelning av molekylformlerna. In situ försvagad total intern reflektion IR (ATR-IR) användes för att undersöka utvecklingen av funktionella grupper under sotoxidation. De finner att högsyresatta organiska molekyler med hög omättnad (HU-HOMs) bildas genom en fotokemisk oxidationsväg i flera generationer, där ketoner, aldehyder och syror produceras genom fotooxidation av stora polycykliska aromatiska kolväten på sot i det inledande skedet, följt av bildning och ackumulering av laktoner och anhydrider vid ytterligare oxidation.

"I denna heterogena fotokemiska oxidation, O₂ molekyler är den initiala oxidanten, som ytterligare fotosensibiliseras för att bilda reaktiva syrearter som singlettsyre och superoxidanjonradikaler", säger Meng Li, postdoc i Yafang Chengs grupp och första författaren till studien. "Med tanke på överflödet av O₂ i troposfären borde denna oxidationsväg vara en mycket viktig åldringsprocess för PAH och sotpartiklar, särskilt i rena och avlägsna regioner", tillade Meng Li.

"Denna nya HU-HOM-bildningsväg kan vara en karakteristisk utvecklingsväg för primära organiska aerosoler från olika förbränning, på grund av den utbredda förekomsten av PAH där, och därmed bidra till en mer omfattande förståelse av den kemiska utvecklingen av organiska aerosoler", säger Yafang Cheng som leder Minerva Independent Research Group vid MPIC.

Forskningen publicerades i Chem . + Utforska vidare

Mekanism för Cl-initierad oxidation av metakrolein under NOx-fria förhållanden