一種隱藏的、新發(fā)現(xiàn)的分子舞蹈可以解決煙塵污染問(wèn)題。

煙塵污染會(huì)導(dǎo)致癌癥和血栓，并削弱對(duì)呼吸道病毒的免疫系統(tǒng)。大氣和冰川也被煙塵覆蓋，導(dǎo)致全球變暖和冰損失增加。令人驚訝的是，煤煙顆粒的形成方式仍然未知，但卻是一個(gè)緊迫的問(wèn)題

這個(gè)長(zhǎng)期存在的謎團(tuán)的原因是由于形成煙灰的極端環(huán)境、反應(yīng)速度快以及火焰中分子的復(fù)雜集合。所有這些都掩蓋了煙塵形成的途徑。

來(lái)自英國(guó)、新加坡、瑞士和的一個(gè)國(guó)際團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在使用兩臺(tái)顯微鏡來(lái)揭示在火焰中發(fā)生的分子和反應(yīng)。第一臺(tái)顯微鏡通過(guò)觸摸操作，感覺(jué)煙灰分子中原子的排列。這些觸覺(jué)地圖提供了煤煙分子雞絲形狀的第一張圖片。然后使用量子化學(xué)證明其中一個(gè)分子是反應(yīng)性雙自由基。雙自由基是一種具有兩個(gè)反應(yīng)位點(diǎn)的分子，可以進(jìn)行一系列的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。

第二個(gè)顯微鏡是完全虛擬的，顯示了雙自由基之間的反應(yīng)。量子力學(xué)引導(dǎo)一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)地將分子碰撞在一起，并以慢動(dòng)作揭示分子的舞蹈。

該模擬表明，單個(gè)分子在碰撞后通過(guò)分子間力保持在一起。這使反應(yīng)位點(diǎn)有時(shí)間找到彼此并建立永久的化學(xué)鍵。即使在它們結(jié)合之后，它們?nèi)匀痪哂蟹磻?yīng)性，允許更多的分子“粘”在現(xiàn)在快速增長(zhǎng)的煙灰顆粒上。

這一發(fā)現(xiàn)可以解決之前試圖通過(guò)物理冷凝或化學(xué)反應(yīng)來(lái)解釋煙灰形成的問(wèn)題。事實(shí)上，兩者都需要充分解釋快速和高溫反應(yīng)。

該論文的主要作者之一雅各布·馬丁說(shuō)：“如果這些物種在火焰中的濃度足夠高，那么這條途徑可以解釋煙灰的快速形成。”

劍橋大學(xué)化學(xué)工程和生物技術(shù)系的共同作者 Markus Kraft 說(shuō)：“該項(xiàng)目匯集了尖端的計(jì)算模型和實(shí)驗(yàn)，揭示了一種全新的反應(yīng)途徑，這可能解釋煙塵的形成方式?？茖W(xué)家和工程師幾十年來(lái)一直致力于解決這個(gè)重要問(wèn)題。”

研究人員希望以這些反應(yīng)位點(diǎn)為目標(biāo)，看看是否可以在其軌道上停止煙塵形成過(guò)程。一種有前景的選擇是將臭氧注入火焰中，在其他工作的一些初步結(jié)果中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種方法可以有效消除煙塵。

“火焰中的雙自由基芳香煙灰前體”發(fā)表在化學(xué)學(xué)會(huì)雜志上。