近日，东北大学冶金学院韩冲教授课题组在黑碳微观结构调控NO2光化学转化生成HONO机理方面取得重要进展，研究成果以“Microstructure-Mediated Electron Transfer Dominates the Photoconversion of NO2 to HONO on Soot”为题发表于国际著名学术期刊Journal of the American Chemical Society（JACS）。东北大学为唯一完成单位，博士研究生赖世维为第一作者，韩冲教授为通讯作者。
HONO光解是大气中•OH的重要来源，而•OH作为大气氧化过程的核心活性物种，能够促进二次污染物生成并加剧空气质量恶化。黑碳界面NO2光化学还原被认为是大气中HONO的重要来源。由于黑碳的组成和微观结构极其复杂，其在NO2光化学转化生成HONO过程的具体作用机理仍缺乏清晰认识。本研究通过耦合动力学分析、光电化学表征、微观结构解析及量子化学计算，系统揭示了典型生物质燃烧源排放的黑碳与NO2光化学反应生成HONO的机理。研究结果表明，NO2摄取系数、HONO生成通量与黑碳表面光生电子强度呈现显著线性正相关，证实NO2向HONO的光化学转化受电子传递过程主导。黑碳微观结构分析表明，较大的石墨层弯曲度和较短的条纹长度有利于暴露NO2还原的活性位点。石墨层边缘和表面缺陷是光生电子的关键结构区域，含氧官能团作为电子传输通道，促进电子向NO2的高效转移。黑碳的元素碳与有机碳可以形成II型异质结，驱动电子定向迁移并有效抑制电子–空穴复合，进一步提升HONO生成效率。该研究建立了黑碳微观结构、光生电子与反应活性之间的量化关系，为深入理解大气环境中黑碳的反应活性及其环境效应提供了重要科学依据。
该工作得到了国家海外高层次人才计划、国家自然科学基金、辽宁省自然科学基金、“兴辽英才”计划、中央高校基本科研业务专项资金以及东北大学分析测试中心的支持。
