気相から核生成するナノ粒子と水の相互作用：　新粒子生成の実験的探求

从气相成核的纳米粒子与水之间的相互作用：新粒子生成的实验探索

基本信息

批准号：
18J01345
负责人：
石塚紳之介
金额：
$ 2.58万
依托单位：
National Institute for Environmental Studies
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J01345/
关键词：
気液界面オリゴマー化二次有機エアロゾル

项目摘要

フィールド観測される二次有機エアロゾル (SOA) の量を説明するためには，気相中での化学反応以外のメカニズムが必要であると指摘されている．例えば，水を含むエアロゾル界面での化学反応により低揮発性の分子が生成し，安定な核が生成する機構が提案されている．近年，バルクpH<4 の気液界面では，二重結合をもつ有機化合物はヒドロニウムイオン (H3O+) からプロトンを受け取り，カルボカチオンを生じることが明らかになった．カルボカチオンは反応性が高く，他のC=C 二重結合をもつ化合物と反応し，高分子量体を生成する (カチオン重合)．エレクトロスプレーイオン化質量分析法 (ESI-MS) によって， VOC の水表面での化学反応をその場測定し，SOA の生成や成長における核となりうる高分子量体が水表面でどのように生じるかを調べた．アルコール基を含む揮発性有機化合物の吹き付け実験を行った．OH基がヒドロニウムイオン (H3O+) からプロトンを受け取り，オキソニウムイオン (R-OH2+) が生じることが確認された．また，揮発性有機化合物が二重結合を含む場合にアルコールが脱水したオリゴマーやエーテルが生成することが確認された．酸性気液界面でオキソニウムイオンが脱水し，それに伴ってカチオン重合が開始すると考えられる．また，カルボカチオンがアルコールの求核攻撃を受けることで，エーテルが生じたと考えられる．二重結合を含む揮発性有機化合物についてのみ，脱水重合，及びエーテル化が確認されたことから，本実験においても気液界面での水との相互作用によってカルボカチオン中間体が安定化した影響があると考えられる．

有人指出，需要气相化学反应以外的机制来解释现场观察到的二次有机气溶胶（SOA）的量。例如，已经提出了一种机制，其中通过含水气溶胶界面处的化学反应产生低挥发性分子，并产生稳定的核。最近，研究表明，在本体 pH<4 的气液界面上，具有双键的有机化合物从水合氢离子 (H3O+) 接收质子，形成碳正离子。碳阳离子具有高反应性，可以与其他具有C=C双键的化合物反应生成高分子量物质（阳离子聚合）。利用电喷雾电离质谱（ESI-MS），原位测量VOCs在水面上的化学反应，并研究如何在水中生成可作为SOA生成和生长核心的高分子量物质表面。我们对含有醇基的挥发性有机化合物进行了喷雾实验。已证实 OH 基团从水合氢离子 (H3O+) 接收质子，产生氧鎓离子 (R-OH2+)。还证实，当挥发性有机化合物含有双键时，会形成低聚物和醚（无水醇）。据认为，氧鎓离子在酸性气液界面处脱水，由此开始阳离子聚合。另外，据认为当碳正离子受到醇的亲核攻击时生成醚。由于仅对含有双键的挥发性有机化合物确认了脱水聚合和醚化，因此该实验还表明，由于气液界面处与水的相互作用，碳正离子中间体的稳定化是有原因的。