1. 研究目的与意义及国内外研究现状

大气气溶胶不仅影响了天气与气候，妨碍了人们的出行等正常生活，而且对人类的健康与安全造成了严重的危害。据相关研究表明，气溶胶粒子的生成和增长与“霾”的形成有密切的关系，因此，研究大气中气溶胶颗粒的核化与生长的机制就成为解决这一问题的关键。大量的研究表明，气态硫酸在气溶胶颗粒的核化与生长过程中扮演了不可忽视的重要作用。本项目计划通过对对流层中h2so4hso4-二聚体热力学性质的研究，计算了团簇形成的结合能，分析不同大气环境下团簇形成的概况，对将来进一步研究气溶胶粒子的各项性质有重要的借鉴意义。

国内外研究现状

目前世界上有很多关于新气溶胶粒子生成现象的研究，已确定的成核机制主要有二元均相成核，三元均相成核，离子诱导成核以及低势垒的碘化物核化。三种成核机制均有限制，并不能将所有的团簇形成原理以一个成熟的理论来概括。但可以证明的是，离子诱发的成核原理是主要的成核原因，而硫酸又已经被广泛认为是大气新团簇形成过程中极为重要的物质，因此，研究h2so4hso4-二聚体的热力学性质是极具代表性的。

计算h2so4 hso4-→h2so4hso4-在对流层中的结合能可以反映出大气中h2so4hso4-二聚体形成的难易程度，预测大气层各海拔高度的h2so4hso4-二聚体的浓度，并对进一步研究新气溶胶粒子的形成原理及形成过程中的热力学性质和微观过程有重要的借鉴意义。

2. 研究的基本内容

本文主要围绕H2SO4HSO4-二聚体的结合自由能的计算，通过构建气溶胶团簇的分子结构模型，基于密度泛函理论（Density functional theory，DFT），运用CP2K中QuickStep模块中的从头计算分子动力学方法来优化得到H2SO4HSO4-二聚体的最稳定初始结构，进行振动谱分析，最后在刚性谐振子（Rigid-rotor harmonic-oscillator,RRHO）近似下，计算团簇的自由能结合能。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

论文调研背景，从大气团簇的形成方面简要分析气溶胶粒子的成核及增长过程。 然后以最具代表性的h2so4hso4-二聚体为例，计算对流层中团簇形成所需的结合能，从而反映出大气中各层的团簇形成状况。

在理论方法上： 需要学习模拟与近似的各种方法。

通过优化得到分子的优化结构，经过对光谱的分析及热力学性质的计算，最后得到对流层下中上三层h2so4hso4-二聚体形成的结合能。

4. 参考文献

[1]sipila, m.; berndt, t.; petaja, t.; brus, d.; vanhanen, j.; stratmann,f.; patokoski, j.; mauldin, r. l.; hyvarinen, a. p.; lihavainen, h.;kulmala, m. science 2010, 327(5970), 1243.

[2]kerminen, v. m.; lihavainen, h.; komppula, m.; viisanen, y.;kulmala, m. geophys. res. lett. 2005, 32(14), l14803.

[3]meinrat o. andreae.science. new series, vol. 339, no. 6122 (22 february 2013), pp. 911-912