新聞動(dòng)態(tài)陳蘭夏迪等-JGR：有機(jī)胺對(duì)鉀長(zhǎng)石冰核活性的影響
冰晶的形成可顯著影響云的形成、壽命和性質(zhì)，進(jìn)而間接影響地球系統(tǒng)的輻射和能量平衡以及降水的形成。大氣中的純水液滴需要在溫度低于-38攝氏度時(shí)才能發(fā)生凍結(jié)并形成冰晶；冰核顆粒物可使液滴在更高的溫度下發(fā)生凍結(jié)，其中礦質(zhì)顆粒物是對(duì)流層大氣中最重要的冰核顆粒物。已有研究表明，溶質(zhì)可改變礦質(zhì)顆粒物的冰核活性，但是其微觀(guān)機(jī)制仍不清楚；與此同時(shí)，有機(jī)胺是大氣顆粒物和云滴中的一種重要物質(zhì)，但其液相反應(yīng)對(duì)礦質(zhì)顆粒物冰核活性的影響仍有待研究。
中國(guó)科學(xué)院廣州地化所有機(jī)地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士研究生陳蘭夏迪在唐明金研究員的指導(dǎo)下，從礦物表界面反應(yīng)的角度，探究了有機(jī)胺和無(wú)機(jī)銨對(duì)鉀長(zhǎng)石冰核活性的影響。該研究使用自主搭建的冰核活性測(cè)量裝置，探究了無(wú)機(jī)銨和有機(jī)胺離子對(duì)鉀長(zhǎng)石冰核活性的影響。如圖1所示，該研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)機(jī)銨離子可顯著增強(qiáng)鉀長(zhǎng)石的冰核活性；另一方面，伯胺離子卻可顯著抑制鉀長(zhǎng)石的冰核活性，而仲胺和叔胺離子則沒(méi)有顯著影響。
圖1：同一濃度下（20 mmol/L）無(wú)機(jī)銨和有機(jī)胺對(duì)鉀長(zhǎng)石冰核活性的影響。
該研究進(jìn)而提出無(wú)機(jī)銨和有機(jī)胺影響鉀長(zhǎng)石冰核活性的微觀(guān)機(jī)制（圖2）：無(wú)機(jī)銨離子可與鉀長(zhǎng)石表面的鉀離子進(jìn)行離子交換，在鉀長(zhǎng)石表面形成更多氫鍵，從而促進(jìn)冰晶的形成；伯胺離子（只含有一個(gè)有機(jī)取代基）也可與鉀長(zhǎng)石發(fā)生離子交換，但懸掛在鉀長(zhǎng)石表面的疏水性有機(jī)基團(tuán)將抑制氫鍵和冰晶的形成。由于包含多個(gè)疏水基團(tuán)而產(chǎn)生的空間位阻效應(yīng)，仲胺和叔胺離子（含有兩個(gè)或三個(gè)有機(jī)取代基）無(wú)法與鉀長(zhǎng)石發(fā)生離子交換，因此對(duì)鉀長(zhǎng)石冰核活性的影響較為有限。
圖2：無(wú)機(jī)銨和有機(jī)胺可能影響鉀長(zhǎng)石冰核活性的微觀(guān)機(jī)制。（a）無(wú)機(jī)銨；（b）伯胺；（c）仲胺和叔胺。
研究成果近期發(fā)表在Journal of Geophysical Research: Atmosphere上。研究結(jié)果有望提高對(duì)實(shí)際大氣中礦質(zhì)氣溶膠冰核活性的科學(xué)認(rèn)識(shí)水平，而且有助于更好地認(rèn)識(shí)影響礦質(zhì)氣溶膠冰核活性的關(guān)鍵參數(shù)和微觀(guān)機(jī)制。該研究獲國(guó)家自然科學(xué)基金委優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目（42022050）、廣東省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（2023A1515012010）等項(xiàng)目資助。主要合作者包括加拿大英屬哥倫比亞大學(xué)（The University of British Columbia）Allan Bertram教授。
論文信息：Chen, L.（陳蘭夏迪）, Worthy, S. E., Gu, W.（顧文君）, Bertram, A. K., and Tang, M.（唐明金）: The effects of aminium and ammonium cations on the ice nucleation activity of K-feldspar. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 128, e2023JD039971, 2023.
