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一个国际研究团队追踪并测量到了一种难以捉摸的分子，该分子可以快速分解大气中的污染物，并将其转化为实际上有助于冷却地球的云层。
这种化合物是一类被称为“克里吉双自由基”的分子的一部分，以预测它们在 1949 年存在的科学家鲁道夫·克里吉的名字命名。双自由基是反应中的中间体，意味着它们是一个化合物变成另一个化合物过程中的垫脚石。
在这种情况下，当臭氧（一种高能氧分子）与具有双键的碳链反应时，它们自然形成，形成一种具有两对活性电子的化合物。这些中间体具有高能量且不稳定，与其他分子快速反应，使其难以分析。
以前，如果您想研究克里吉双自由基以及它们如何减少大气中的二氧化硫和二氧化氮污染，或者它们如何使碳氢化合物自燃，您必须通过间接测量和观察来完成。
但是，桑迪亚国家实验室的研究人员与英国曼彻斯特大学和布里斯托大学的科学家合作，不仅瞥见了这种分子，而且还观察到了它的作用。有了这些知识，研究人员可以开发更好的气候模型并提高燃料燃烧效率。
“几乎所有与它们打交道的人都知道它们的存在。我们发现了一种方法，可以制造出浓度更高的克里吉中间体样品。正因为如此，现在我们可以研究测量化学反应的速率，”桑迪亚的燃烧化学家大卫·奥斯本说。他解释说，他的团队最初在 2008 年检测到克里吉中间体，但没有产生足够的中间体来观察它们如何与其他化合物相互作用。
在强大的光脉冲中被捕获
研究人员使用一些新技巧制造了足够的克里吉分子，以观察它们的反应速度。他们通过用紫外光子轰击二碘甲烷（一种称为光解的过程）来制造双自由基羰基氧化物。
为了确保他们找到他们正在寻找的分子，科学家们使用质谱仪测量了产品的质量。然而，这只能告诉您分子中原子的数量和种类是正确的，而不是它们的排列方式。具有相同组成但不同排列方式的化合物称为异构体。
解析结构需要使用劳伦斯伯克利国家实验室的先进光源。该装置是一台同步加速器，一种环形粒子加速器，通过在接近光速的环中发射电子，它可以产生比太阳亮十亿倍的 X 射线和紫外线。光也可以精确地调谐到特定的波长，当它照射到化合物时，会使其产生电荷。这称为光电离。
在这些情况下，不同的结构产生不同的信号，通过消除过程，该团队得出结论，他们发现了克里吉双自由基。“我们通过计算电离能来支持它。计算结果与我们的实验非常吻合，并且与所有其他异构体不符，”奥斯本说。
将温室气体转化为冷却气溶胶
然后，该团队将中间体与各种化合物（如硫和氮温室气体）混合，以观察它们的反应速度。“我们发现的最重要的事情是它们的反应速度比我们预测的要快得多，”曼彻斯特大学地球、大气和环境科学学院的卡尔·珀西瓦尔说。
他解释说，中间体将某些温室气体转化为气溶胶，这有助于形成对地球具有净冷却效应的云层。
这些发现将帮助研究人员创建更好的气候模型，但珀西瓦尔认为，克里吉双自由基不能实际用于降低温度。
“我认为它不是地球工程的候选者，因为它已经是地球系统的一部分，”他说。“当你在实验室里制造它时，它会分解。你不可能真的制造出一整桶并把它塞进大气层。”
科学家们表示，他们现在将在其他过程中寻找克里吉中间体。“克里吉中间体本身并不是新事物，但我们对它们的理解要深刻得多，我们对自燃化学和大气化学的理解也深刻得多，”奥斯本说。
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