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Criegee自由基与有机胺的反应及其产物参与新粒子形成的机理研究

批准号:
42075106
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
张庆竹
依托单位:
学科分类:
大气化学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
张庆竹

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
Criegee自由基(CIs)具有极强的氧化性,主要来自于烯烃臭氧化过程中产生,其单分子反应可产生OH等活性自由基,同时CIs又可以和OH自由基及多种大气污染物发生化学反应,在大气物质循环中起着不可替代的作用,并在大气化学反应中占据着举足轻重的地位。有机胺在大气中普遍存在,是二次有机气溶胶的重要前体物。本项目拟采用量子化学计算与分子模拟方法从分子水平上探讨典型CIs与有机胺的气相及气-液界面反应机理以及相应的动力学性质,明确速控步骤及主要产物;同时研究主要反应产物参与新粒子形成的机理,对其参与的中性成核、离子诱导成核的微观机理进行深入研究,探讨其形成的分子团簇的结构信息、能量信息、相互作用机理及平衡常数,并确定临界核的化学组成及粒径大小。期望通过本项目的研究为解释大气气溶胶中含氮化合物的来源,深入阐明大气中氮循环的途径,进而为有效控制二次气溶胶污染提供强的理论依据和科技支撑。
英文摘要
Criegee Intermediates (CIs) are highly oxidizing, mainly derived from the ozonolysis of alkenes. Its unimolecular reactions can produce active radicals such as OH radicals. Meanwhile, CIs can also react with OH radicals and a variety of atmospheric species, play an important role in the atmospheric material cycle, and have a pivotal role in atmospheric chemical reactions. Amines are ubiquitous in the atmosphere, and are important precursors of secondary organic aerosols (SOA). This project intends to use quantum chemical calculations and molecular simulation methods to explore the gas-phase and gas-liquid interface reaction mechanisms and corresponding kinetic properties of typical CIs and amines at the molecular level, and to clarify the speed control steps and main reaction products. At the same time, the mechanism of the main reaction products participating in the formation of new particles is studied, and the mechanisms of neutral nucleation and ion-induced nucleation are studied in depth. We will explore the structural information, energy information, interaction mechanism and equilibrium constants of the molecular clusters, and determine the chemical composition and particle size of the critical nucleus. The project intends to explain the sources of nitrogen-containing compounds in atmospheric aerosols, clarify the pathways of nitrogen cycle in the atmosphere, and then provide a strong theoretical basis and technical support for effective control of SOA.
Criegee中间体是烯烃臭氧化过程的关键中间体,其大气化学反应对大气氧化能力以及酸雨、光化学烟雾和二次有机气溶胶的形成有着至关重要的影响,从而导致雾霾和气候变化等—系列环境问题。因此,Criegee中间体的大气化学反应一直受到科学界的广泛关注。量子化学计算与分子动力学模拟方法能够从原子和分子水平,研究CIs与氨气/有机胺等的气相和气液界面反应机理,从而弥补实验研究手段的不足,为充分认识大气中自由基的源和汇以及二次有机气溶胶的形成提供理论依据,对评估CIs的大气寿命和完善大气化学模型都具有重要意义。因此,本项目的主要研究内容包括:.(1) 研究CH2OO、syn-CH3CHOO和anti-CH3CHOO三种构型的CIs与甲酰胺的气相反应机理;从取代基和异构体的角度,评估不同构型CIs的反应性。采用BOMD方法模拟研究了CH2OO与甲酰胺的空气-水界面反应机理,并与其气相反应相对比。为评估CIs对新粒子形成的影响,进一步研究了六个模拟体系中,相关大气物种聚集行为的时间演变。.(2) 系统研究了CH2OO、syn-CH3CHOO、anti-CH3CHOO和(CH3)2COO四种构型的CIs与OH自由基的反应机理,包括OH加成反应、H抽提反应和O抽提反应等。将水、氨气、甲胺和二甲胺引入CIs与OH自由基反应中,从能量和速率常数角度出发,评估水、氨气和有机胺对该双自由基反应的催化作用。采用BOMD方法模拟研究三分子体系的分子动力学,以确定在氨气和有机胺存在下,CIs与OH自由基的反应机制。.(3) 研究syn-CH3CHOO和anti-CH3CHOO与苯胺的气相反应机理,评估不同构型CIs的反应性。采用BOMD方法模拟研究CIs与苯胺的空气-水界面反应机理,进一步分析不同反应路径的占比。
基于多尺度计算与大数据技术的VOCs氧化促进海洋二次颗粒物形成机理研究
  • 批准号:
    22236004
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    280万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    张庆竹
  • 依托单位:
卤代烃类挥发性有机污染物的非均相转化机理模拟研究
  • 批准号:
    21876102
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    66.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    张庆竹
  • 依托单位:
生物酶作用下多氯联苯的降解机理研究
  • 批准号:
    21577082
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    70.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    张庆竹
  • 依托单位:
新型有机污染物降解机理的量子化学计算与分子模拟
  • 批准号:
    21337001
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    300.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    张庆竹
  • 依托单位:
国内基金
海外基金