Nature Communications | 天津大学地科院傅平青团队研究发现大气微液滴中硫转化全新路径

机硫化合物是大气气溶胶的重要组分，其吸湿性、光学性质和潜在毒性对大气辐射强迫、全球气候和人体健康具有重要影响。尽管相关形成途径已得到广泛研究，但以往工作主要聚焦于气相或体相水溶液中的反应过程。相比之下，大气中的云滴、雾滴和湿气溶胶等微米尺度微液滴构成了不同于体相水溶液的独特物理化学环境，可充当天然微反应器，并可能为无机硫向有机硫的转化提供新的反应场所。

近日，天津大学地球系统科学学院傅平青教授团队以亚硫酸钠（Na2SO3）和多种典型含氧挥发性有机物（OVOCs）为反应底物，通过气动雾化产生微液滴结合高分辨质谱实时检测。研究发现，无机S（IV ）物种可在微液滴气-液界面与OVOCs快速反应，在约220 μs反应时间内自发生成有机硫化合物。该过程无需额外加入催化剂或强氧化剂，也无需加热、辐照或其他能量输入。这些结果表明，微液滴气-液界面是大气有机硫形成过程中一条此前被忽视的重要反应途径，为认识大气有机硫的潜在来源提供了新的视角。

图1 微液滴气液界面促进无机硫向有机硫转化

为了揭示这一快速反应背后的机制，团队将量子化学计算和基于Born-Oppenheimer分子动力学（BOMD）的元动力学模拟相结合，对微液滴界面的反应过程进行了深入研究。结果表明，与体相反应相比，微液滴气-液界面能够显著降低相关反应的活化自由能垒。其中，HSO3-与乙二醛羰基进行亲核加成的活化自由能垒降低7.45 kcal·mol-1，SO3-•与甲基丙烯醛C=C键发生自由基加成的活化自由能垒降低5.56 kcal·mol-1。这表明，界面水分子的特殊作用和微液滴表面的强电场共同为形成新的C-S键创造了更加有利的条件。

在此基础上，团队进一步分析了天津城市站点和浙江上黄高山站点采集的大气气溶胶样品，以评估该反应在真实大气中的潜在相关性。利用傅里叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR MS），团队在两个站点均检出了与实验室产物精确质量相符的有机硫物种；对天津样品开展的串联质谱分析进一步获得了与实验室产物一致的特征碎片，表明二者具有相似结构。实验室模拟、理论计算和外场观测共同支持该路径具有潜在大气相关性，并揭示微液滴界面过程可能是大气无机硫向有机硫转化中此前被忽视的重要环节。

近期，本研究以“Rapid spontaneous generation of organosulfur from inorganic sulfur in atmospheric microdroplets”为题发表于Nature Communications。天大地科院博士生韩慧霞为第一作者，张冬梅博士和傅平青教授为共同通讯作者。该工作得到贵州民族大学龙波教授、董泽刚博士，天津大学刘丛强院士、朱佳雷教授等的指导和支持。该成果得到国家自然科学基金（42221001、42507151）、中国博士后科学基金（2025M771093）和高校青年教师科研创新能力支持项目（SRICSPYF-ZY2025154）资助。

文章信息：Huixia Han, Dongmei Zhang*, Zegang Dong, Jiaqi Wang, Shuang Chen, Junjun Deng, Libin Wu, Wei Hu, Mingjin Tang, Bo Long, Jialei Zhu, Cong-Qiang Liu, Pingqing Fu* (2026) Rapid spontaneous generation of organosulfur from inorganic sulfur in atmospheric microdroplets. Nature Communications. https://doi.org/10.1038/s41467-026-77473-5 .