人们常听到“空气湿度大，雾霾更重”这样的说法，但“水”到底在其中扮演什么角色？
环境科学与工程系陈建民教授团队联合多家单位研究揭示，空气中的微小“水分子水簇（water clusters）能像“临时催化助手”一样，促进某些关键反应更容易发生，从而生成硝基芳香物-二次有机气溶胶（NAC-SOA）。
相关成果以“Atmospheric water cluster–catalyzed formation of nitroaromatics as a secondary aerosol source”为题，10月8日发表于Science Advances。
该研究依托学校自主研制的气溶胶富集浓缩系统与萃取、液相高分辨质谱仪联用（VACE–OE–LC–MS），在上海城市大气开展现场观测，结合烟雾箱实验，揭示颗粒相NACs与相对湿度（RH）在昼夜均呈明显正相关，日变化表现为午后（·OH主导）与夜间（NO3主导）双峰；当 RH 自低值升高时，代表性产物（如4-硝基苯酚）的生成量与生成速率同步增加。
量化计算进一步指出，水二聚体/三聚体通过“质子接力”明显降低关键分子内 H-shift 步骤的能垒（较无催化情形，298 K反应速率常数提升约8–17个数量级），使常温下反应速率常数跃升至具备大气竞争力的量级，从而统一解释了观测与实验的 RH 敏感性。
基于以上研究，团队提出了一条“水簇催化”的 NACs 生成机制，揭示出一条此前未被充分认识的、由RH驱动的 NAC-SOA 形成重要通道，并为 SOA 来源解析与模式表征提供新的物理化学依据。
过去，人们更关注“气溶胶液态水”（ALWC）的作用，通常湿度高、液态水多，颗粒里更容易发生反应。该研究提出新视角——气相水并非“旁观者”，当它们通过氢键短暂缔合形成“水簇”时，会为反应搭建一条更省力的“质子接力跑道”，降低关键步骤的能量门槛。换句话说，同样的反应，在有“水簇帮忙”的情况下更容易“跑起来”。其中，由2～3个水分子短暂结合成的小团队，存在时间虽短，却能在反应的关键节点“搭桥”、“递棒”。
论文链接: 10.1126/sciadv.adv7805。
来源：环境科学与工程系
