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化石燃料和生物質的不完全燃燒產生的黑碳氣溶膠是大氣細顆粒物的關鍵組分，在多維度環(huán)境系統(tǒng)中具有重要影響，不僅降低區(qū)域空氣質量、加劇呼吸道疾病風險，還通過吸收太陽輻射改變大氣能量平衡，成為繼二氧化碳之后的第二大氣候變暖貢獻因子。其在能源動力領域表現(xiàn)為發(fā)動機積碳現(xiàn)象，即由于未充分燃燒產生的碳微粒沉積會顯著降低燃燒效率，并加速發(fā)動機部件磨損。

盡管學界已建立對黑碳氣溶膠環(huán)境危害的系統(tǒng)認知，但關于其成核機制的核心科學問題仍未解決，如從氣態(tài)前驅體向顆粒相轉變的動態(tài)演化路徑，特別是臨界成核階段的分子界面反應機制。這一基礎研究瓶頸制約著污染控制技術創(chuàng)新、環(huán)境治理策略優(yōu)化，以及大氣化學-云物理-氣候模型等多學科交叉領域關鍵界面過程的精準解析。

該研究團隊在近期研究中發(fā)現(xiàn)，燃燒中持久性自由基反應可以產生共價團簇中間體以及黑碳氣溶膠顆粒。此次工作中，研究人員所提出的RSRC黑碳氣溶膠成核新機制，通過自由基鏈反應實現(xiàn)分子團簇的共價鍵合生長，強調共價團簇在黑碳氣溶膠形成過程中的重要性，與傳統(tǒng)黑碳氣溶膠顆粒形成理論形成鮮明對比。傳統(tǒng)理論認為，黑碳氣溶膠顆粒成核主要依賴多環(huán)芳烴的物理堆疊或弱化學締合。

RSRC機制的建立，為黑碳氣溶膠顆粒的初始成核過程提供了新的分子層面的機理闡釋，也為燃燒黑碳氣溶膠顆粒物的多尺度模擬奠定了關鍵理論基礎。

相關論文信息：

https://doi.org/10.1073/pnas.2503292122