在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的大力支持下，中科院化学所光化学院重点实验室科研人员近年来在黑碳的光化学老化机制方面开展了深入研究。黑碳主要由元素碳（碳骨架）和有机碳（有机物）组成。以前的研究认为，黑碳的光化学老化主要是由其有机碳部分吸收太阳光、发生光化学氧化所致，其中对太阳光具有强烈吸收作用的元素碳部分则被认为是光化学惰性的。他们利用黑碳中元素碳和有机碳对红光和蓝光的不同吸光特性，研究了红光（l = 648 nm）和蓝光（l = 440 nm）两种波长光照射下黑碳的光化学老化，从实验上直接证明了元素碳可以吸光而引发有机碳的光化学反应。进一步研究还表明由元素碳吸光所导致的有机碳光化学反应和由有机碳本身吸光所引起的老化在产物和机理上有着本质区别：前者主要通过电子转移生成不饱和醛酮；后者则主要通过能量转移生成饱和醛酮。
这一研究揭示了元素碳吸光引发有机碳的光化学反应对黑碳的光化学老化起着非常重要的作用。首先，元素碳将黑碳发生光化学老化的有效光谱拓展到了红光区域。红光在太阳光谱中占有很大的比例，特别是在多云天气或太阳天顶角较小时，元素碳吸光将在黑碳光化学老化中起着决定性作用。其次，元素碳的光化学活性对大气气体在黑碳表面的持续性摄取产生显著影响, 可以起到类似催化剂的作用。论文发表于PNAS, 2018, 115, 7717 。
图1 元素碳参与下有机碳光化学反应机理与有机碳自身光解反应机理
光化学院重点实验室
2018年12月7日
