近日，我所化学反应动力学全国重点实验室董文锐研究员、杨学明院士实验团队，联合理论研究合作者贵州民族大学龙波教授、美国明尼苏达大学Donald G. Truhlar教授，在克里奇（Criegee）中间体双分子反应动力学的研究中取得新进展，发现全氟异丁腈（(CF3)2CFCN）在大气中主要通过与克里奇中间体反应途径被消耗，而非羟基自由基（·OH）途径，为评估(CF3)2CFCN作为六氟化硫（SF6）替代气体提供了科学依据。
SF6因其卓越的绝缘性能广泛应用于电力设备中，但其极高的全球变暖潜能值（GWP100=23,500）和超长大气寿命（3,200年），使其成为最强效的温室气体之一。寻找既具备良好绝缘性能又环境友好的替代物是减缓气候变化的关键。(CF3)2CFCN是一种无毒化合物，有着良好的绝缘性能和较低的全球变暖潜能值（GWP100=3,650），是最有可能替代SF6的介质绝缘气体之一。
传统气候模型通常只将与羟基自由基的反应和光解作用作为清除大气污染物的主要途径。本工作中，科研人员对克里奇中间体（CH2OO和syn-CH3CHOO）与(CF3)2CFCN的反应进行了系统研究，通过测量反应速率常数随温度的变化，并结合最新的电子结构计算及双层次动力学理论发现，(CF3)2CFCN与CH2OO和syn-CH3CHOO的反应速率约为其与羟基自由基反应的70倍和3倍；如果将与克里奇中间体反应作为新的清除途径纳入全球大气模型中，(CF3)2CFCN的大气寿命从原估计的56年大幅降至2至34.5年（差异源于全球不同区域克里奇中间体浓度及组分的变化）；克里奇中间体参与降解反应导致(CF3)2CFCN全球变暖潜能值显著降低（GWP100=153至2,243），远低于SF6（GWP100=23,500）。理论模拟与实验测量结果高度一致，表明应用最新的电子结构计算和反应动力学理论方法能够准确预测高反应活性物种的反应速率常数，为理解复杂反应体系提供了可靠的理论框架。该工作进一步确认了(CF3)2CFCN的低碳特性，证明其是温室气体SF6的有效替代品，助力推动碳减排和减缓全球气候变暖。
上述工作以“Criegee Intermediates Significantly Reduce Atmospheric (CF3)2CFCN”为题，发表在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上。该工作的共同第一作者是我所联合培养博士研究生姜淏天和贵州民族大学硕士研究生谢朝璐。该工作得到国家自然科学基金、科技部科技创新2030-重大项目、中国科学院科研仪器设备研制等项目的资助。（文/图 姜淏天）
文章链接：http://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c01737
