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台灣年輕團隊突破研究氣壓上限

【2015.01.07/新聞大聯盟台北訊】大氣中一種名為「克里奇中間體」(Criegee Intermediates,簡稱CIs,化學式R2COO,R為氫原子或烷基) 的活潑分子,是大氣化學中的關鍵角色,更與大氣中的酸雨、懸浮微粒現象息息相關。然而由於CIs壽命十分短暫,很難捕捉或偵測,學界對此快閃神秘分子向來瞭解甚少。

一組非常年輕的台灣研究團隊,在中研院原子與分子科學研究所林志民研究員的領導下,日前成功突破以往只能在低壓力狀態下偵測CIs的限制,將CIs的研究條件拉到接近大氣壓力,並成功測量CIs與水分子的關鍵化學反應,對於理解CIs在實際大氣條件下的化學反應,向前邁進一大步。國際頂尖專業期刊「科學」(Science)已接受這篇論文,並於2015年1月1日「科學快訊」(Science Express)網站優先刊登這項研究成果。

研究團隊表示,「克里奇中間體」(CIs)是非常活潑的強氧化劑,它可以輕易氧化二氧化硫、二氧化氮等大氣關鍵物種,進而影響酸雨或懸浮微粒的形成。CIs具有非常強的反應性,而且變化之快速,令人咋舌。例如,在相對溼度50%的狀態下,CIs在約千分之一秒內,就可能與水結合反應。近年來各國學者莫不努力研究CIs的各種物理、化學性質。但受限於研究方法,直接量測CIs的研究,皆只能在低壓下(小於0.1大氣壓)進行,與實際大氣的條件並不相似。

林志民實驗室以紫外吸收光譜的方法,配合自行研發的創新技術,直接偵測最簡單一款的CI (也就是CH2OO)的濃度,成功突破以往歐美團隊必須在小於0.1大氣壓下做測量的限制,一舉提升壓力限制10倍以上。該研究團隊在不同溼度的條件下,測量CH2OO的存活時間,結果發現一個十分有趣的現象:那就是CH2OO與水分子的化學反應,需要另一個水分子來催化。亦即,1個水分子無法作用,必須2個水分子像接力一樣傳遞氫原子,始與CH2OO反應。並且在一般的溼度下,這個化學反應其實非常快,遠快於其他CH2OO與二氧化硫或與二氧化氮的反應,為大氣中CH2OO主要進行的過程。如此一來,CH2OO與二氧化硫或與二氧化氮的反應機會將大幅降低。這項新穎且確切的結果,對於大氣化學等相關範疇提供重要的研究基礎知識。

林志民研究員表示,此次研究團隊成員十分年輕,未來潛力無窮。第一作者趙彣係國立台灣大學化學系四年級學生,自去年暑假起參與科技部大專學生研究計畫,主導此論文之實驗部分。第二作者謝郡庭現為美國史丹佛大學二年級學生,因高中時參加林志民博士主辦的科學營之緣,去年利用暑假回台灣參與研究。第三作者張俊宏為國立清華大學物理學系碩士,目前任研究助理擬申請博士班深造。2009年5月林志民研究員亦曾與李遠哲前院長合作,於「科學」(Science)期刊發表一篇論文,釐清臭氧層遭人類破壞的方式,平息學術重大爭議,受到國際矚目。

此次論文題目為「最簡單的Criegee中間體與水蒸氣反應的直接化學動力學測量」。

參考網站:http://www.sciencemag.org/content/early/2014/12/30/science.1261549

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