气溶胶的环境微界面反应过程与灰霾成因

灰霾是包括一次和二次颗粒物在内的细粒子，对太阳光散射和吸收而形成的一种大气污染的光学效应。目前，对灰霾成因的研究仅局限于气象因素和污染特征的外场观测，而对灰霾形成的物理化学过程还知之甚少。由于光辐射特性、吸湿性与颗粒物表面组成密切相关，而灰霾天气条件下高浓度颗粒物与其伴随存在的高浓度气态污染物之间的界面过程必将导致颗粒物表面组成的显著变化。因此研究灰霾形成的界面过程，对于揭示灰霾形成的内在机制具有重要的意义。本项目将针对灰霾形成机制这一国际前沿和国家紧迫需求，利用红外光谱、拉曼光谱、吸附仪、烟雾箱、理论计算和模式研究相结合的方法，研究气-粒转化过程、一次和二次颗粒物的界面过程、二次有机气溶胶与无机气溶胶的耦合过程、以及界面过程对颗粒物表面组成、吸湿性和光辐射特性的影响；初步构建颗粒物组成与表面性质间的构效关系；从界面过程的角度揭示灰霾形成的微观机制，为有效控制灰霾污染提供参数和理论依据。

本项目旨在通过实验室模拟研究，从界面反应的角度认识气溶胶的环境微界面过程与灰霾形成的物理化学机制。项目在以下四个方面取得了进展，初步揭示了界面过程对灰霾成因的贡献：.1）研究方法和平台建设：升级了清华大学烟雾箱系统，在生态中心建立了30 m3的室内烟雾箱系统，发展了多种非均相反应和气溶胶致霾相关理化性质的研究方法。.2）界面过程对VOCs光氧化反应生成SOA的影响：研究了硫酸盐和矿质氧化物颗粒参与的界面过程在典型挥发性有机物(VOCs)生成二次有机气溶胶(SOA)反应中的作用，揭示了界面过程对VOCs氧化、聚合和气固分配过程，以及SOA的生成量、粒径和组成的影响机制；.3）界面过程对颗粒物吸湿性的影响：发现酸性污染气体的老化过程形成的二次盐类可以促进矿质颗粒物的吸湿性；揭示了混合气溶胶吸湿过程中存在化学反应，为解释大气颗粒物中重要组分的迁移转化规律和环境效应提供了新的证据。.4）界面过程对大气氧化性贡献：首次发现太阳光照条件下分子O2被活化，可以参与黑碳的光氧化老化；解释了太阳光促进NO2对黑碳的老化，并产生HONO的机制；发现SO2和NO2在矿质颗粒物界面过程存在复合效应，促进硫酸盐的生成，该机理在外场观测中得到验证，基于此，提出复合污染效应降低单一污染物环境容量致霾的假说。.基于上述研究，我们认为界面反应过程不仅会影响气态污染物的大气源汇平衡，还会改变颗粒物的粒径、组成、性质和混合状态。由于颗粒物的消光特性与其粒径、组成、混合状态和吸湿性都密切相关，界面反应过程将影响颗粒物的致霾能力。因此，深入研究大气颗粒物的界面过程，有助于揭示我国灰霾成因。.项目共发表研究论文31篇，其中在PNAS，EST，ACP，AE，PCCP等SCI收录的刊物上发表29篇，在投论文4篇。参加相关学术会议31人次，应邀作大会报告11次，分组报告20次；培养博士生5名，博士后1名。在本项目的基础上，项目负责人主持了中科院先导专项B“大气灰霾追因与控制”。