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Aug 09, 2023

디젤 그을음 광산화는 H2SO4의 이종 형성을 향상시킵니다.

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Nature Communications 13권, 기사 번호: 5364(2022) 이 기사 인용

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현장 관찰과 실험적 시뮬레이션 모두 블랙 카본이나 그을음이 대기 황산염 형성을 위한 SO2의 촉매 산화에 중요한 역할을 한다는 것을 암시합니다. 그러나 촉매 메커니즘은 특히 빛 조사 하에서 모호한 상태로 남아 있습니다. 여기서 우리는 빛 조사 하에서 디젤 그을음 또는 흑탄소(DBC)에 대한 SO2의 이종 전환을 체계적으로 조사합니다. 실험 결과는 빛 조사 하에서 DBC의 존재가 주로 SO2와 광유도된 OH 라디칼 사이의 이종 반응을 통해 SO2의 H2SO4로의 이종 전환을 크게 촉진할 수 있음을 보여줍니다. DBC에서 검출된 광화학적 거동은 OH 라디칼 형성이 DBC에서 전자의 추출 및 전달과 중간체로서 반응성 슈퍼옥사이드 라디칼(·O2−)의 형성과 밀접하게 관련되어 있음을 시사합니다. 우리의 결과는 대기 중 H2SO4의 알려진 소스를 확장하고 DBC에서 SO2의 내부 광화학적 산화 메커니즘에 대한 통찰력을 제공합니다.

차량 수의 급격한 증가로 인해 대량의 BC(블랙 카본)가 대기 하층으로 배출되었습니다1,2,3,4. 차량 배기가스 내 BC 입자는 주로 탄화수소 연료5,6,7의 불완전 연소에 의해 형성됩니다. 특히, 중국 북부에서는 연무 현상 동안 BC 질량 농도가 최대 20μgm−3(전체 입자상 물질의 거의 10%)에 달하는 것으로 관찰되었습니다8. BC의 높은 부하량은 온도 역전의 형성을 통해 대기 안정성을 증가시킬 수 있으며, 이는 대기 오염 물질 분산을 억제하여 극심한 헤이즈 발생으로 피드백됩니다9. 더욱이 BC 에어러솔은 태양 복사를 직접 흡수하고 눈과 얼음에 쌓이는 것을 통해 구름 형성과 표면 알베도에 영향을 주어 기후에 영향을 줄 수 있습니다10,11,12,13,14,15.

최근 연구에서는 BC와 다른 무기종 간의 상호작용이 대기 산화 능력을 향상시키고 복잡한 대기 오염 형성에 기여할 수 있음이 입증되었습니다16,17. 예를 들어, 기체 아질산(HONO)은 대류권에서 수산기 라디칼(OH)의 중요한 전구체입니다. 수많은 연구에 따르면 BC 표면에서 NO2의 이질적인 환원이 중요한 HONO 공급원이라는 것이 밝혀졌습니다. 더욱이 황산염은 가장 빠르게 형성되는 종이며 안개가 발생하는 동안 2차 에어로졸의 주요 구성 요소가 됩니다. 최근 실험실 시뮬레이션 및 이론적 계산 작업에 따르면 그을음은 어두운 조건에서 SO2의 불균일 산화를 황산염으로 촉진하는 촉매 역할을 할 수 있습니다29,30,31. 챔버 실험은 또한 어두운 조건에서 NO2와 NH3가 모두 존재하는 경우 NO2를 HONO로 환원함으로써 황산염 형성에서 그을음의 촉매 역할이 더욱 증폭될 수 있음을 입증했습니다32. Yao et al.이 최근 베이징 도시에서 실시한 현장 측정. 교통 관련 그을음에 대한 SO2의 촉매 산화가 이른 아침에 기상 SO3의 형성을 유도할 수 있음을 나타냅니다33. 따라서 최근 대기화학 분야에서는 그을음과 관련된 이종 화학이 주목을 받고 있습니다.

어두운 조건에서의 역할과 관련하여 일부 최근 연구에서는 BC의 원소 탄소(EC)와 유기 탄소(OC)가 조명 하에서 강한 광 흡수 능력으로 인해 눈에 띄는 광 반응성을 나타냈다고 보고했습니다. EC에 의해 개시된 OC의 광산화는 전자 전달에 의해 개시된 라디칼 반응과 에너지 전달에 의한 OC에 의한 직접 광노화에 의한 빛의 흡수를 통해 진행되는 것으로 밝혀졌습니다. 최근 관측 증거에 따르면 그을음 입자에 대한 광화학 반응이 낮 동안 대기 중 황산염 생성에 기여할 수 있음이 제시되었습니다38. 그러나 BC의 SO2의 본질적인 반응 메커니즘은 여전히 ​​잘 해결되지 않았습니다. 더욱이, 광유도 라디칼 화학이 SO2의 불균일 전환에 기여할 수 있는지 여부는 여전히 불분명합니다.