RUI: Thermodynamics of Secondary Aerosol Formation: The Role of Binary and Ternary Nucleation

RUI:二次气溶胶形成的热力学:二元和三元成核的作用

基本信息

  • 批准号:
    1213521
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 31.5万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2012
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2012-09-15 至 2016-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The Environmental Chemical Sciences Program in the Chemistry Division at the National Science Foundation supports the research of Professor George C. Shields at Bucknell University for an NSF-RUI program to support four undergraduates in a summer research experience for three summers and a postdoctoral research associate for three years. In an effort to understand the initial stages of secondary aerosol formation, the proposed research will study the most important binary system in the atmosphere, H2SO4-H2O. Combining molecular dynamics sampling and high level quantum chemical methods, the minimum energy structures and the thermodynamics of formation of small molecular clusters will be determined. The critical cluster size and abundance of the clusters will be calculated for conditions relevant to the atmosphere. As the binary H2SO4-H2O itself is not sufficient to explain aerosol formation rates in the atmosphere, the same methodology will be applied to the ternary H2SO4-ammonia-H2O, H2SO4-amine-H2O, and H2SO4-ammonia-amine-H2O systems, which have been shown to enhance the formation of aerosols. The calculated trends in thermodynamics of cluster formation will be compared with nucleation rates provided by the principle investigator's experimental collaborator. A significant number of undergraduates, including women students and minorities, will have the opportunity to work side-by-side with the principle investigator on meaningful research projects in a highly mentored environment. Students will receive and benefit from intensive training in computational chemistry, and from this experience will develop skill sets and understanding of the research process that will serve them well in their scientific careers. A postdoctoral associate will learn how to develop a meaningful and productive research program with undergraduate research students and as the only computational chemist in the department, Professor Shields will expand the exposure and scope of research and collaborative opportunities for students and faculty in the department.
美国国家科学基金会化学部的环境化学科学项目支持巴克内尔大学 George C. Shields 教授的 NSF-RUI 项目的研究,该项目支持四名本科生进行三个暑期的暑期研究体验,以及一名博士后研究员的暑期研究经历。三年。为了了解二次气溶胶形成的初始阶段,拟议的研究将研究大气中最重要的二元系统,H2SO4-H2O。结合分子动力学采样和高级量子化学方法,将确定小分子簇形成的最小能量结构和热力学。将根据与大气相关的条件计算临界星团大小和星团丰度。由于二元 H2SO4-H2O 本身不足以解释大气中气溶胶的形成速率,因此相同的方法将应用于三元 H2SO4-氨-H2O、H2SO4-胺-H2O 和 H2SO4-氨-胺-H2O 系统,已被证明可以增强气溶胶的形成。计算出的簇形成热力学趋势将与主要研究者的实验合作者提供的成核速率进行比较。包括女学生和少数族裔在内的大量本科生将有机会在高度指导的环境中与首席研究员并肩工作,开展有意义的研究项目。学生将接受计算化学的强化培训并从中受益,并从这种经验中培养技能和对研究过程的理解,这将有助于他们的科学职业生涯。博士后助理将学习如何与本科生一起开发有意义且富有成效的研究项目,作为该系唯一的计算化学家,希尔兹教授将扩大该系学生和教师的研究曝光和范围以及合作机会。

项目成果

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