含甲胺的大氣成核團簇結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的研究.pdf

1、大氣氣溶膠是指液體或固體微粒均勻地分散在氣體中形成的相對穩(wěn)定的懸浮體系，粒徑范圍為0.003-100μm。由于其吸濕性，吸收、散射或反射太陽光，含有多環(huán)芳烴化合物等有毒有機物，對大氣能見度、氣候變化、人體健康造成嚴重影響。目前大氣氣溶膠新粒子生成機制已經(jīng)成為當今世界尤其是我國亟待解決的重點、難點問題。
　　硫酸、水被認為在新粒子生成過程中起到重要的作用。但是硫酸-水的二元均相成核不能解釋實驗上觀察到的新粒子生成速率，尤其是在低空對

2、流層區(qū)域，表明大氣中存在第三種物質(zhì)參與成核。有機胺是一種常見的大氣成分，一甲胺的全球年排放量為83±26 GgN a-1，二甲胺的年排放量為33±19 GgN a-1?，F(xiàn)有的大多數(shù)實驗和計算研究將二甲胺作為有機胺的代表，一甲胺（本文中都用“甲胺”表示）的研究工作相對少。本課題主要研究CH3NH2(H2O)n(n=1-7)和CH3NH2(H2SO4)m(H2O)n(m=0-3，n=0-3)大氣成核團簇的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，主要工作和結(jié)論總結(jié)如下:

3、
　　對于CH3NH2(H2O)n(n=1-7)團簇，首先采用Basin-Hopping(BH)算法及密度泛函理論(DFT)得到團簇結(jié)構(gòu)，進而研究結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和大氣相關(guān)性。結(jié)果表明:(1)甲胺水合團簇的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)都是由四元或五元或兩者混合構(gòu)成;(2)除了n=5外，隨著水分子數(shù)目增加，最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)中H2N…H-O氫鍵作用力不斷加強;(3)在較高溫的低空對流層中甲胺水合團簇含量較少且不容易通過加水生長，而在較低溫的對流層邊界容易形成和生長。

4、
　　對于CH3NH2(H2SO4)m(H2O)n(m=0-3，n=0-3)團簇，我們探討了團簇的結(jié)構(gòu)、能量、成核機制、大氣分布及光學屬性，結(jié)果表明:(1)團簇構(gòu)型與硫酸相對數(shù)目有關(guān)，硫酸數(shù)目較少時，水分子分布在酸堿分子中間，隨著硫酸數(shù)目較多時，酸堿分子直接接觸，水分子分布在團簇邊緣，這主要由水分子的稀釋作用強弱引起;(2)我們列出了三個不同溫度下團簇每添加一個分子的所有可能的生長路徑以及相應的形成自由能，每一步反應的難易程度被討

5、論到，為更進一步探討含甲胺分子的大氣新粒子生成機制提供了可靠的參考;(3)CH3NH2(H2SO4)(H2O)2、 CH3NH2(H2SO4)2、 CH3NH2(H2SO4)3在大氣中含量相對較多，增加空氣濕度，高水合團簇比例增加，溫度對團簇分布影響不大;(4)水和硫酸分子都導致了瑞利散射強度和各向同性平均極化率增加，但是硫酸的影響更大。
　　本論文的創(chuàng)新點主要有三個:
　　(1)首次提出甲胺水合團簇穩(wěn)定結(jié)構(gòu)由四元環(huán)、五元環(huán)