棕碳氣溶膠通過吸收太陽輻射從而影響氣候，生物質燃燒是棕碳氣溶膠的重要來源。硝酸鹽在氣溶膠顆粒中占比逐年增加，然而硝酸鹽對棕碳發色團的大氣轉化過程的影響知之甚少。

中國科學院地球環境研究所黃汝錦研究員團隊研究了了生物質燃燒的三種典型的發色團(4-硝基兒茶酚、3-硝基水楊酸、3,4-二硝基苯酚）在不同的硝酸鹽濃度，pH和溫度下的液相光化學老化過程。研究表明：硝酸鹽濃度越高、溫度越高、溶液酸性越強，發色團的光漂白速率越快。增加硝酸鹽濃度可顯著提高表觀光解速率，1 mmol/L硝酸鹽條件下，三種硝基酚的表觀光解速率是直接光解的3-3.5倍；溫度從0℃升高到30℃，表觀光解速率增加1.3-2.5倍。三種發色團的光降解反應動力學具有顯著差異，可能與其化學結構有關。采用過濾式進樣系統-化學電離-飛行時間質譜對這些發色團的光化學老化的產物進行了檢測。光氧化過程首先在發色團的苯環上加入硝基和/或羥基，形成吸光效率更高的中間產物，出現短暫的光增強現象。進一步光氧化會使中間產物發生開環反應，生成甲酸、乙醛酸、丙二酸和硝基丙酸等氧化程度更高的小分子，出現持續的光漂白現象。研究強調了硝酸鹽在棕碳發色團液相光氧化中的關鍵作用，改變了其老化途徑，縮短了大氣壽命。鑒于近年來中國氣溶膠中硝酸鹽質量分數逐年增加，這些結果對更好地理解棕碳發色團老化及其輻射強迫具有重要的意義。

該成果近期發表于《Environmental Science & Technology》期刊上。工作得到國家自然科學基金項目(41925015、42277092和42107126)，中國科學院戰略重點研究計劃(XDB40000000)，中國科學院項目(ZDBS-LY-DQC001)和新基石科學基金會科學探索獎的支持。

Yi Liu, Ru-Jin Huang, Chunshui Lin, Wei Yuan, Yong Jie Li, Haobin Zhong, Lu Yang, Ting Wang, Wei Huang, Wei Xu, Dan Dan Huang, Cheng Huang: Nitrate-Photolysis Shortens the Lifetimes of Brown Carbon Tracers from Biomass Burning,?Environmental Science & Technology

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.4c06123

圖 1. 4-NC、3-NSA和3,4-DNP在直接光解(左)和添加硝酸鹽(1 mM) (右)的液相光老化過程中吸收光譜演變。

圖 2. 硝酸鹽參與的4-NC、3-NSA和3,4-DNP液相光氧化過程在不同條件下的大氣半衰期τ1/2。