中國科學技術(shù)大學化學與材料科學學院及能源材料協(xié)同中心曾曉成教授和美國化學學會前主席Joseph Francisco院士研究組合作，發(fā)現(xiàn)了硫酸氫銨在大氣中一種全新的形成機制。該成果近日發(fā)表在《美國化學會志》上，并被美國化學學會《化學與工程新聞》選為科學焦點報道。

銨鹽——氨與酸反應生成的由銨離子和酸根離子構(gòu)成的離子化合物，如硫酸銨(硫酸氫銨的后續(xù)物)，是PM2.5霧霾顆粒的重要組成成分，并有觀點認為其對PM2.5霧霾顆粒的最初形成起著至關重要的作用。

曾曉成和Francisco小組利用第一性原理分子動力學模擬研究首次發(fā)現(xiàn)，氨氣可直接參與到三氧化硫與水的反應中。他們在模擬中直接觀測到氨氣分子和三氧化硫分子在水團簇中自發(fā)反應形成硫酸氫銨的過程：氨氣和三氧化硫與水團簇形成一種特殊的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，該環(huán)狀結(jié)構(gòu)極大地促進了水分子中氫原子向氨氣分子的轉(zhuǎn)移，從而形成銨根離子。而同時氫氧根則很快與三氧化硫分子結(jié)合形成硫酸氫根。

通過進一步研究，他們確認了反應路徑，發(fā)現(xiàn)三分子水團簇中第三個水分子的存在有助于環(huán)狀結(jié)構(gòu)的形成，而該環(huán)狀結(jié)構(gòu)能將反應能壘(化學反應過程中必須超過的能量，有如跨欄中的欄高)降至幾近為零，從而大大增加了硫酸氫銨在大氣水團簇中的形成速度。他們在納米水滴表面也觀測到同樣的反應機理。

這種能壘近乎為零的新型反應機理的發(fā)現(xiàn)，表明氨氣可以直接參與并加速大氣中硫酸氫銨及硫酸銨的形成，從而對大氣中霧霾顆粒的形成起到至關重要的作用。