大气复合污染及灰霾形成中非均相化学过程的作用

城市和区域大气复合污染的特征为污染源排放的一次污染物通过大气中的化学反应生成高浓度的氧化剂(臭氧等)及细颗粒物等二次污染物,它们在静稳天气下积累,导致低能见度的灰霾现象并严重影响人体健康和气候.大气复合污染中同时存在高浓度的一次排放和二次转化的气态及颗粒污染物,这为细颗粒表面非均相反应提供了充足的反应物;而气态污染物在细颗粒表面的非均相反应可改变大气氧化性及颗粒物的化学组分、物化性质和光学性质,从而可能对大气复合污染和灰霾的形成起到促进的作用.利用漫反射红外傅里叶变换光谱和单颗粒显微拉曼原位在线技术,我们对大气气态污染物NO2、SO2、O3、甲醛在CaCO3、高岭石、蒙脱石、NaCl、海盐、Al2O3和TiO2等大气主要颗粒物表面的反应进行了系统的反应动力学和机制研究,我们发现反应主要产物为硫酸盐、硝酸盐或甲酸盐,它们可极大改变颗粒物吸湿性和消光性质.通过分析这些非均相反应的动力学过程,我们识别出NO2-颗粒物-H2O、SO2-颗粒物-O3、有机物/SO2-颗粒物-光照等三元反应体系的协同作用机制,这些协同机制对于阐明大气复合污染及灰霾形成的反馈机制和非线性过程提供了实验证据和理论依据.     

N-杂环卡宾及其金属络合物的合成*

由于其强给电子能力、结构易修饰性和拓扑学特性,N-杂环卡宾成为继有机膦配体之后又一类重要的配体。其金属络合物在均相及不对称催化领域的催化性能是近期研究的热点,已有许多成功的结果。本文综述了近年来N-杂环卡宾及其金属络合物以及N-杂环卡宾的重要前体咪唑盐的合成方法。金属-N-杂环卡宾络合物的合成方法包括：(a)游离卡宾与金属化合物直接络合;(b)咪唑盐与金属化合物在强碱作用下络合;(c)利用Ag-NHC通过卡宾配体转移方法制备新的金属络合物。关于N-杂环卡宾前体的合成途径主要有：(a)乙二醛、伯胺和多聚甲醛的缩合反应;(b)卤代烷与咪唑及其取代咪唑的烷基化反应;(c)原甲酸酯与1,2-二胺的成环反应;(d)肼或酰胺与酸酐的环化反应;(e)用Na/K对环硫脲化合物的还原反应。     

NO2在矿物颗粒物表面的非均相反应

NO2在矿物颗粒物表面的非均相反应会改变矿物颗粒物的化学组成、粒径、形貌、吸湿性,进而影响矿物颗粒物的散射、反射、吸收等光学性质和成云能力,改变其直接和间接辐射强迫,最终对大气氧化性和气候变化产生重要的影响.本文综述了NO:在矿物颗粒物表面的非均相反应的研究体系和研究方法,阐述N02在氧化物颗粒物表面反应产物、反应机理的实验和推测结果,总结了测定的摄取系数,提出了NO2在矿物颗粒物表面非均相反应待深入研究的科学问题.     

显微拉曼光谱用于研究大气单颗粒表面非均相反应

大气单颗粒表面的非均相反应研究因更接近大气实际条件,避免了堆积态研究中人为引入的误差,能够得到真实的反应过程与机理,获得反映大气实际条件的动力学参数.本研究建立了使用显微拉曼光谱研究大气单颗粒非均相反应的研究方法,并初步用于研究NO2与单颗粒CaCO3的非均相反应.研究结果表明显微拉曼光谱可同时获得颗粒物的化学组成和形貌变化,并能得到化学环境如相态的信息,对于研究反应过程很有帮助;而颗粒物沉降在基质上得到的拉曼光谱因不受形貌共振影响,有利于获得高质量的光谱.此外,将拉曼光谱研究单颗粒的方法与其他单颗粒非均相反应的研究方法进行了综合比较,表明显微拉曼光谱技术在单颗粒非均相反应研究中具有重要的特点和应用价值.     

海盐颗粒物表面的NO_2非均相反应

为了深入理解沿海城市大气环境中NO2和海盐颗粒物的非均相反应规律,本研究使用漫反射红外傅立叶变换光谱(DRIFTS)比较研究了0%和20%相对湿度(relative humidty,RH)下NO2在湿海盐颗粒物表面的非均相反应.动力学测量表明硝酸盐的生成对NO2是二级反应,并且0%和20%相对湿度条件下,NO2分子浓度为1.96×1015molcules·cm-3时,反应增长阶段反应摄取系数分别为(5.51±0.19)×10-7和1.26×10-6.结果还显示相对湿度在30%以下时,海盐表面MgCl2·6H2O、CaCl2·2H2O所在点位通过释放结合水和吸附水汽,在海盐表面形成液态水的斑点,增强了反应持续能力.因此氯化钠表面非均相反应的研究可能会低估海盐颗粒物的非均相反应活性.     

Pd-N-杂环卡宾化合物催化的Heck反应、Suzuki反应进展

Pd催化的C—C键偶联反应是形成碳—碳单键的重要反应之一.传统上,使用膦化合物为配体来调整催化活性及选择性.但大多数Pd-膦化合物对空气稳定性差,容易被氧化;在溶液中易于解离出膦配体而降低催化剂稳定性,通常需要给反应体系中加入较多的膦配体以保持催化剂的稳定性和活性.1991年发现的稳定N-杂环卡宾(NHC)类配体具有富含电子、给电子能力强,对金属配位能力强,结构易修饰等特点,使得金属-NHC化合物成为金属有机化学、催化等领域研究新的焦点.Pd-NHC化合物已经可催化多类有机反应,是继传统Pd-膦催化剂外的又一类高效催化剂.综述了近年来不同结构的NHC如单齿简单NHC、双齿NHC、含其它配位原子的NHC等配体与Pd的配合物在Heck反应、Suzuki反应等偶联反应中的应用.