近日，我所分子反应动力学国家重点实验室江凌研究员和张兆军副研究员等利用自主研制的、基于大连相干光源的中性团簇红外光谱实验装置，发现了二氧化硫水合团簇的结构演化机制，为理解二氧化硫气溶胶成核机理提供了新的思路。
大气环境中的污染分子，例如二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOX）、挥发性有机物（VOC）等，与水、氧气等发生作用和化学反应时，污染分子将会生成各种气溶胶颗粒，并逐渐成长为雾霾。从分子形成大气团簇是气溶胶成核的关键步骤，精确测量大气团簇的结构及其动态变化对揭示雾霾的形成机制具有指导意义。然而，大气团簇的数量密度低、寿命短、结构复杂，其实验研究非常困难，往往需要采用高灵敏、高时间分辨以及对结构敏感的谱学等探测方法进行研究。
二氧化硫是重要的污染物分子，广泛参与到酸雨和云凝结成核等大气过程中。本工作中，江凌和李刚等利用自主研制的、基于大连相干光源的中性团簇红外光谱实验装置，测得了质量选择的中性二氧化硫水合团簇SO2(H2O)n (n = 1-16) 的红外光谱。随后，张东辉院士和张兆军等利用了自行发展的全维势能面动力学理论方法，计算了这些团簇的各种结构和红外光谱，实现了理论与实验的高度吻合。研究结果表明，二氧化硫与一个水分子形成了三明治结构，与两个或三个水分子形成了二维环状结构，与四个水分子形成了三维笼形结构。并且，二氧化硫倾向于在大尺寸水团簇的表面上进行结合。由于气溶胶成核以及生长过程中存在不同尺寸的液滴，水合团簇会影响二氧化硫的亲电性质和反应活性位点。该项成果有助于阐明污染物分子是如何一步步成长为团簇，以此来帮助人们更好地理解雾霾的形成机理。
相关成果以“Infrared Spectroscopy of Stepwise Hydration Motifs of Sulfur Dioxide”为题，于近日发表在《物理化学快报》（The Journal of Physical Chemistry Letters）上。该成果的共同第一作者是我所2506组博士研究生王冲和1113组博士研究生付良飞。该工作得到国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金、国家自然科学基金委“动态化学前沿研究”基础科学中心项目、我所大连相干光源专项基金等项目的资助。（文/图 李刚、王冲、付良飞）
