市应用基础研究项目书 大气层中臭氧耗损机理的研究VIP专享VIP免费

一、科学依据和立项意义：（包括立项背景和科学意义，国内外研究概况、水平和发展趋势，学术思想、立论根据，应用前景分析）臭氧层被称为人类和整个地球的天然保护，因为它可以吸收太阳紫外线中最有害的波长部分，使人类免受危害，避免地球生态环境受到威胁、提高物质材料及空气质量等。近30年来，人们逐渐认识到大气层中臭氧正受到越来越严重的破坏。1995年诺贝尔化学奖授予三位大气环境化学家（Crutzen、Rowland和Molina），他们首先提出了平流层臭氧破坏的化学机制。相关的基础理论研究成果对南极“臭氧洞”的发现（1985），进而导致《蒙特利尔议定书》的签订（1987），促进全球环境的保护作出了重大贡献。同时也标志着大气环境化学研究进入了新的阶段。近年来许多科学家开展了对平流层中臭氧的来源和去除的研究，平流层化学已成为大气化学的重要研究内容。臭氧洞的形成及其机制，以及保护臭氧层的问题，已成为当今全球性的一大环境及科学问题。随着臭氧层越来越受到人们的关注，大气层臭氧耗损机理的研究已成为大气和环境化学研究的热门课题。由于臭氧层主要分布在距地面35Km以上的平流层，使实验研究有较大困难，目前对臭氧反应的研究主要针对其反应机理。1930年查普曼（Chapman）提出了一个纯氧体系的光化学反应机制，其化学反应可表示为：O2+hv(λ<240nm)—>O+O；O2+O-->O3；2O2+hv-->3O2。Chapman机制提出后近40年一直居于统治地位。然而，1974年美国科学家约翰斯顿（Johinston）对这一机制进行了定量计算，发现Chapman机制中的臭氧损耗，即使加上平流层向对流层的臭氧输送，也只占其机制中臭氧生成的20%。实际上，平流层大气尽管远比对流层稀薄，但也含有一定量的水汽，含氮化合物和含卤素化合物等。科学家发现，除了Chapman提出的臭氧耗损反应外，平流层臭氧更重要的去除途径是所谓的催化反应机制：Y+O3-->YO+O2；YO+O-->Y+O2，其中Y为含N、O、卤素等物质。本项目将从臭氧与大气中含C、H、N、O及卤素等元素的化合物的反应着手，较为系统地研究臭氧的耗损机理，可以为实验工作、大气环境保护及理论研究等提供可靠的化学反应参数。参考文献：1．环境化学发展的新动向，环境科学，6，480—4852．白建辉、王庚辰，大气臭氧总量的一个统计计算方法，环境科学学报，1994，14（4）3973．Q.K.Timerghaxin,S.L.Khursan,V.V.Shereshovets,TheoreticalstudyofthereactionbetweenozoneandC-Hbond:gas-phasereactionofhydrocarbonswithozone,THEOCHEM,1999,489,87-934．竺树铭，储焰南等，氧与次溴酸反应理论研究，化学物理学报，2000，13（4）171—1755．FormanJC,GardinerB.G,ShanklinJK,LargelossesoftotalozoneinAntarctiarevealseasonalCLOX/NOXinteraction,Natures,1985,315,202—210二、主要研究内容及预期目标：（说明研究项目的具体内容并明确重点解决的问题、创新点以及预期要达到的目标等）主要研究内容：1、计算臭氧与CHx、NOx、CX(X=F,Cl,Br)等化合物反应的结构、能量及势能面等。2、计算氧自由基与含CH、NO及卤素元素化合物反应的结构、能量及势能面等。3、研究氧激发态与大气层分子反应的势能面及反应机理。4、大气层臭氧耗损机理的理论模拟。重点解决的问题：1、反应的过渡态；2、跟踪反应途径，寻找反应过程中的结构及能量变化；3、扫描反应的势能面，模拟臭氧耗损机理。主要创新：1、对臭氧与大气层分子反应的势能面进行理论模拟；2、在分子水平上模拟臭氧耗损机理。预期目标：1、建立大气层中臭氧的耗损机理，预测臭氧耗损反应发生的可能性，为实验和理论工作者提供较为可靠的反应参数。三、拟采取的研究方法、技术路线及工作进度安排：（包括可行性论证，可能遇到的问题及其解决办法等）大气层臭氧的反应大多为自由基反应，自由基反应具有反应速度快，能量变化小等特点。因此，对拟采用的研究方法和计算精度都要求很高。本项目拟采用准确度很高的量子化学从头算方法进行臭氧耗损机理的研究，并用目前国际上最先进的量子化学计算机程序——Gaussian98程序。主要研究方法包括Hartree-Fock（HF）自洽场、密度涵数(DFT)、Moller-Plesset(MP2,MP4等)、Gaussian-2（G(2)...