实验室概况
学校：复旦大学
院系：环境科学与工程系
课题组：张立武课题组
网址：

实验参数
仪器型号：Tracer-100
扫描分辨率：4 cm^-1
扫描次数：100 scans
时间分辨率：5 min, 2 min, 1 min
波长范围：4000-700 cm^-1
检测装置：MCT检测器
附件：原位漫反射反应池（DRIFTS）

实验装置图

原位红外+漫反射附件

漫反射反应池

研究内容
运用此台原位红外装置进行大气矿尘颗粒物表面的非均相反应研究。主要包含SO₂、NO₂、CO₂、NH₃等气体在不同的反应条件（温度、湿度、光照）下，在不同大气颗粒物（单组份金属氧化物、多组分金属氧化物、有机物、真实气溶胶）表面的非均相吸附过程。通过原位红外图谱对颗粒物表面产物进行定性识别和定量分析，并结合其他表征测试推测化学反应机理。

1、SO₂在矿尘颗粒物表面的非均相反应

早年的实验室模拟研究均将单一的金属氧化物作为矿尘颗粒物的代替品。本研究聚焦SO₂在“氧化铁-氧化铝”混合颗粒物表面非均相生成亚硫酸盐、硫酸盐的过程。含硫物种（1400-900 cm^-1）的产量随着氧化铁占比的增加不断增加，但呈现出“先慢-后快-再慢”的上升趋势，体现出氧化铁和氧化铝组分在矿尘颗粒物中的协同机制和拮抗机制。

图1.  SO₂在不同占比的“氧化铁-氧化铝”混合颗粒物表面的非均相反应图谱

2、光照下NO₂的非均相氧化过程

光照条件显著影响NO₂在矿尘颗粒物表面的非均相反应。就反应产物而言，水溶性硝酸盐（water-solvate nitrate; 1347, 1412 cm^-1）是颗粒物表面的主要物质；亚硝酸盐（1195, 1308, 1440 cm^-1）主要存在于暗态，而在光照条件下难以被观察到，可能存在亚硝酸盐的氧化过程。就产量而言，含氮物种（亚硝酸盐、硝酸盐）在光照下的生成量远高于暗态条件下的生成量，体现出大气颗粒物的光催化性质。

图2. 无光照（A）和有光照（B）条件下NO₂在TiO₂表面的非均相吸附

3、NH₃在不同颗粒物表面的吸附
光照条件下，矿尘颗粒物（以TiO₂为例）表面的有机物（以左旋葡聚糖levoglucosan为例）会分解为大量的有机酸类。由此生成的大量酸性位点有利于碱性气体（如NH₃）的吸附，从而导致各类铵态氮的生成（1453, 2810 cm^-1）。与此相比，表面不含有机物的矿尘颗粒物对NH₃的吸附能力较弱，导致表面的铵态氮产物较少。

图3. 光照条件下NH₃在不同颗粒物表面的吸附情况