气-固界面上儿茶酚臭氧化解产生羟基自由基的定量测量与生成效率分析

《Environmental Science: Processes and Impacts》：Hydroxyl Radical Production in the Ozonolysis of Catechol at the Air–Solid InterfaceOpen Access

　　

儿茶酚等二羟基苯类物质是生物质燃烧排放物中丰富的芳香成分，它们容易沉积在大气颗粒表面，并在那里经历多相氧化反应。本研究发现，通过间接荧光探针法定量测量了气-固界面上儿茶酚臭氧化解过程中羟基自由基（HO^•）的生成量。将含有儿茶酚和分子清除剂的薄膜暴露在臭氧（0.5–112 ppmv）中，控制相对湿度条件（RH = 0–85%），并根据羟基化探针产物的生成情况推断HO^•的形成情况。在所有条件下均观察到显著的HO^•生成，且界面生成速率随臭氧浓度和相对湿度的增加而系统性地增大，在潮湿条件（85% RH）下达到（3.1 × 10¹⁰–1.2 × 10¹² molecules·cm^-2·s^-1）。定量动力学分析揭示HO^•的生成与[O₃(g)]呈线性依赖关系，这与氧化剂限制条件下的准一级反应行为一致，并使我们能够推导出有效HO^•生成吸收概率。与此同时，界面反应速率随相对湿度呈指数增长，反映了水合薄膜中氧化剂吸收增强、界面传输增强以及反应周转率提高。通过将所测反应速率与气体动力学理论相联系，获得有效HO^•生成吸收概率γ(HO^•,_eff) ≈ (5.4 ± 1.9) × 10^-10。与独立报道的儿茶酚薄膜臭氧吸收系数（γ(O₃)）进行对比，可推得HO^•生成效率Y(HO^•) = (3.4 ± 1.2) × 10^-5，表明羟基自由基的生成是通过多相臭氧化解的可测量次要途径进行的。这些结果表明，芳香类薄膜的表面介导氧化在大气相关条件下构成了一种非光化学的羟基自由基来源。其对相对湿度的强依赖性表明，界面水合既调节了臭氧吸收，也调节了自由基的生成，为评估该过程作为多相大气氧化化学中的敏感性途径提供了定量框架。

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? 2026 本文作者。由英国皇家化学会出版

2026

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