聚光灯照射在液滴中加速的光化学反应上

瑞士的研究人员发现，光的“热点”可以极大地放大气溶胶中的光化学反应速率。例如，这种效应可以解释大气反应速率与模型的偏差，并影响气候变化的预测。它也可能与光化学合成有关。

许多调节地球气候和影响空气质量的光化学反应，如导致城市臭氧污染的硝酸盐光解反应，涉及大气中存在于亚微米级水滴中的化学物质，即气溶胶。研究人员认为光化学反应发生在液滴周围的气体中，但在2015年，大气科学家阿尔玛Hodzic位于科罗拉多州博尔德的国家环境研究中心的研究员和同事们观察到了二级有机气溶胶——由气溶胶中的母有机分子产生的分子比气相模型预测的要快．Hodzic解释说:“在我们的工作中，我们说，‘如果我们不考虑粒子相光解，我们就无法解释我们在高层大气中的观测结果。’”“我们做了一个全球模型，我们试图光解气溶胶中的分子，就像它们处于气相一样。这使他们的模型更接近他们的观察结果，但仍然存在很大的不确定性。

2016年，物理化学家露丝Signorell苏黎世联邦理工学院的教授和同事们证明了一些反应实际上可以在液滴内加速，并提出这可能是由于光学限制。然而，他们并没有一个完整的机制来解释这种效应，也没有调查它对大气反应的影响。在这项新研究中，西诺雷尔的小组模拟了一个在入射电磁场中的液滴。液滴通过共振效应构建电磁场强度，在后面形成一个“热点”。由于液滴旋转，如果反应不是太快，流体不是太粘稠，分子在热点内外扩散，反应可以比在均匀光场中发生更快。“这种增强因子可以达到2到3，当光的波长和粒子的大小在同一范围内时，这种增强因子最高，”解释说巴勃罗·阿罗约他是这部作品的第一作者。“对光化学很重要的光是近紫外光(300-450nm波长)，所以对亚微米粒子的影响最为明显。”

为了验证这一理论，研究人员将含有Fe(III)柠檬酸盐的亚微米液滴暴露在紫外线下，将Fe(III)还原为Fe(II)。利用x射线显微镜和光谱学的结合，他们追踪了整个液滴中铁(III)的浓度，并表明在预测的热点内发生的还原比在其外部快得多。

“试图模拟大气粒子化学演化的模型在光化学方面可能是错误的，因为它们没有考虑这些影响，”阿罗约说。此外，斯坦福大学的Richard Zare等研究人员研究过雾化作为合成工具吗．他说:“我可以想象，如果一个公司或行业想要加速光化学反应，这可能是一种方法。”

霍季奇说:“当我看到这篇论文时，我非常高兴。”“这是一个非常详细的、以过程为导向的描述，帮助我们理解过程可能比我们的保守价值观更重要。我想我要和他们谈谈。他们讨论的是增强因子:我想知道的是不同类型粒子的确切速率。如果我们能做到这一点，我们就可以让颗粒更粘稠，把它放进我们的3D模型中，开始研究全球影响。”