南京大学谷成教授ES&T|微液滴气-水界面新烟碱类杀虫剂的加速光解机制

2月26日，南京大学谷成教授和楚龙港博士（共同通讯）在Environmental Science & Technology在线发表了题为“Accelerated Photolysis Mechanism of Neonicotinoids at the Air–Water Interface of Microdroplets”的研究论文，揭示了新烟碱类化合物在微液滴中的光解机制。

新烟碱类杀虫剂是一类主要作用于昆虫烟碱型乙酰胆碱受体的广谱杀虫剂，通过选择性结合导致靶标生物麻痹死亡。这类化合物约占全球杀虫剂市场份额的25%，已在超过120个国家获得正式登记。喷洒施用是新烟碱类化合物进入环境的主要途径，其中30–50%的施用量会通过喷雾飘移进行长距离大气传输。在中国多个城市（如北京、广州、郑州）的大气气溶胶中均已检测到新烟碱类化合物，浓度范围为0.158至71.7 pg m⁻³（均值10.6 pg m⁻³），检出频率达57.1%。大气中的新烟碱类化合物可通过干湿沉降及吸入暴露威胁生态系统和人体健康，例如导致蜂群崩溃失调症并影响非靶标生物的神经系统。虽然光解是大气液态水中新烟碱类化合物降解的主要途径，但现有研究主要集中于本体溶液反应，忽视了普遍存在的大气微液滴体系。

本研究采用原位单液滴紫外吸收光谱技术，发现新烟碱类化合物在微液滴中的光解速率比在本体溶液中快25–76倍。通过对光反应活性中间体的全面表征，证实直接光解通过脱硝基途径进行。机理研究表明，界面富集与超高电场的协同作用促进了光解过程，这通过原位傅里叶变换红外光谱、表面增强拉曼光谱及密度泛函理论计算得到验证。激发态生成的自由能垒随电场强度增强呈线性下降，下降速率为10⁴–10⁵ kJ mol⁻¹ au⁻¹。此外，本研究建立了定量构效关系模型以预测新烟碱类化合物的光解速率常数。这些发现填补了传统本体溶液与微液滴介导的大气反应之间的关键认知空白，为准确评估新烟碱类化合物的环境归趋及跨界生态威胁提供了科学依据。

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