在国家自然基金委重点项目(41731279)和面上项目(41675122)的资助下，广东工业大学环境健康与污染控制研究院和环境科学与工程学院的安太成教授团队与美国Texas A&M University张人一教授团队开展长期合作研究，在最近一期的PNAS（《美国科学院院刊》）上再次发表学术论文(PNAS, 2020, 119(24): 2019-12235)，从理论计算的角度系统阐明了全球二次有机气溶胶形成的关键机理。目前研究成果以“Carbenium ion-mediated oligomerization of methylglyoxal for secondary organic aerosol”为题在线发表学术论文(https://doi.org/10.1073/pnas.1912235117)。论文的共同第一作者为广东工业大学

        姬越蒙教授和Texas A&M University李乙鑫博士生，通讯作者为广东工业大学安太成教授、Texas A&M University的Renyi Zhang教授和University of California San Diego的Mario J. Molina教授。
近年来，我国一些超大城市群细颗粒物的浓度超过世界卫生组织和我国国家标准的2-5倍，其中空气质量未达标的国家二级标准城市占到一半以上，每年大气污染等环境问题造成的损失可达到亿万美元。二次有机气溶胶(SOA)是城市群大气中细颗粒物的重要组成部分，对人类健康和气候具有深远的影响。但是，SOA形成化学机制的不确定，使得大气模型始终低估了全球SOA预算，因此影响正确评估SOA对区域空气质量乃至全球气候的贡献与作用机制，是全球特别是我国所面临的前沿性重要科学问题。
        基于上述问题，研究团队一直致力于城市污染物对SOA贡献机制方面的研究。团队的前期研究阐明城市典型挥发性有机物(VOCs)甲苯大气光化学反应苯酚通道的新机理，其对小分子量α-二羰基化合物更具显著贡献(PNAS, 2017, 114: 8169-8174)。而且小分子量α-二羰基化合物是大部分人为源VOCs(芳香烃化合物)和生物源VOCs(异戊二烯)大气光化学的重要产物，是SOA的重要前体物。因此作为研究课题的延续，团队进一步利用理论化学模拟手段研究了以甲基乙二醛为代表的小分子量α-二羰基化合物低聚反应机理及其对SOA贡献机制。提出小分子量α-二羰基化合物在酸性介质中的阳离子介导反应机理，揭示反应过程中碳正离子的出现是其能够快速聚合形成SOA的关键因素(图1)。该研究成果不仅为研究全球SOA形成机制提供科学依据，更为正确评估其母体VOCs大气光化学反应对区域空气质量的影响提供了科学的基础数据。

 
图1 甲基乙二醛生成的一代碳正离子和二醇及四醇中间产物聚合反应的机理图
Figure 1. Cationic pathways leading to dimers. Starting with MG, the oligomerization mechanism to dimers includes three essential processes, i.e., protonation and hydration to yield DLs and TL, protonation of DLs and TL to form the first-generation carbenium ions (1st-CBs), and association reactions of 1st-CBs with DLs or TL.