含甲胺的大氣成核團(tuán)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(duì)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(jī)物，對(duì)大氣能見度、氣候變化、人體健康造成嚴(yán)重影響。目前大氣氣溶膠新粒子生成機(jī)制已經(jīng)成為當(dāng)今世界尤其是我國(guó)亟待解決的重點(diǎn)、難點(diǎn)問題。
　　硫酸、水被認(rèn)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(shí)驗(yàn)上觀察到的新粒子生成速率，尤其是在低空對(duì)

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(jī)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(shí)驗(yàn)和計(jì)算研究將二甲胺作為有機(jī)胺的代表，一甲胺（本文中都用“甲胺”表示）的研究工作相對(duì)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(tuán)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(duì)于CH3NH2(H2O)n(n=1-7)團(tuán)簇，首先采用Basin-Hopping(BH)算法及密度泛函理論(DFT)得到團(tuán)簇結(jié)構(gòu)，進(jìn)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(tuán)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(qiáng);(3)在較高溫的低空對(duì)流層中甲胺水合團(tuán)簇含量較少且不容易通過加水生長(zhǎng)，而在較低溫的對(duì)流層邊界容易形成和生長(zhǎng)。

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

5、論到，為更進(jìn)一步探討含甲胺分子的大氣新粒子生成機(jī)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(duì)較多，增加空氣濕度，高水合團(tuán)簇比例增加，溫度對(duì)團(tuán)簇分布影響不大;(4)水和硫酸分子都導(dǎo)致了瑞利散射強(qiáng)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(diǎn)主要有三個(gè):
　　(1)首次提出甲胺水合團(tuán)簇穩(wěn)定結(jié)構(gòu)由四元環(huán)、五元環(huán)