揮發(fā)性有機化合物(VOCs)形成的分子團簇，可能在各種大氣過程中扮演中間體角色，進而影響氣溶膠的形成、污染物降解和VOCs自身的轉(zhuǎn)化過程，尤其是與水蒸氣和溫室氣體（如CO2）形成的團簇，可能是氣候動力學的關鍵參與者。因此，從分子水平深入研究大氣中揮發(fā)性有機化合物（VOCs）、溫室氣體及水蒸氣之間的相互作用，是揭示氣溶膠形成機制和化學行為的關鍵，為完善大氣模型提供重要實驗數(shù)據(jù)和理論支撐。 近年來，在VOCs與H2O或CO2的二元復合物及團簇方面取得了重要進展，進一步增加參與形成團簇的分子種類，將可能引入更多的復雜性而增加實驗的挑戰(zhàn)性，但同時也可促進我們對復雜分子間相互作用的理解，為大氣化學的深入研究開辟了新的窗口。 近日，重慶大學的勾茜教授課題組與德國漢諾威大學Grabow教授及加拿大阿爾伯塔大學J?ger教授合作，以典型的石油分餾燃燒產(chǎn)物環(huán)戊烯(c-C5H8)為研究對象，利用重慶大學自研制脈沖超聲射流冷卻傅里葉變換微波(PJ-FTMW)光譜儀，結合高精度量化計算，研究了其與CO2和H2O形成的三元異質(zhì)團簇的高分辨轉(zhuǎn)動光譜。該研究揭示了此類三元團簇的分子結構和內(nèi)部動力學信息，并從分子水平闡釋了c-C5H8與CO2及H2O分子間非共價相互作用的成鍵規(guī)律。
轉(zhuǎn)動光譜具有超高的能量分辨能力，能夠提供精確而豐富的分子團簇的指紋光譜信息。隨著多元組分的加入，轉(zhuǎn)動光譜的復雜性顯著增加，不僅受到單體及各種二元團簇的干擾，還因分子團簇內(nèi)復雜的動力學過程，如量子隧穿效應，導致譜線的分裂。得益于自研制微波光譜儀的高分辨能力，本研究首次探測到了c-C5H8–CO2–H2O這種復雜分子的三元異質(zhì)團簇，并獲得了其準確的結構參數(shù)、內(nèi)部動力學信息和分子間相互作用成鍵規(guī)律。CO2和H2O通過O–H???π氫鍵和C???O碳鍵與環(huán)戊烯環(huán)進行了定向空間排列，這些非共價相互作用在團簇結構穩(wěn)定和形態(tài)中扮演了重要角色，進而可能深刻影響c-C5H8的大氣化學行為。盡管我們在量化三元異質(zhì)團簇及其分子間相互作用對氣候動力學、空氣質(zhì)量和公共健康的具體影響方面還面臨諸多挑戰(zhàn)，但本研究為揭示這些復雜過程提供了重要數(shù)據(jù)支撐和理論基礎。 論文信息 Complex Dance of Molecules in the Sky: Choreography of Intermolecular Structure and Dynamics in the Cyclopentene?CO2?H2O Hetero Ternary Cluster Xiao Tian, Juncheng Lei, Tianyue Gao, Siyu Zou, Xiujuan Wang, Meiyue Li, Chenxu Wang, Dr. Junhua Chen, Prof.?Dr. Jens-Uwe Grabow, Prof.?Dr. Wolfgang J?ger, Prof.?Dr. Qian Gou Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202412406 
