中国科学院生态环境研究中心阴永光课题组在冻融促进零价汞暗氧化的主导机制研究方面取得新进展，研究成果以“·OH Dominates the Dark Oxidation of Elemental Mercury at the Liquid–Ice Interface during Environmentally Relevant Freeze–Thaw Cycles”为题发表于Environmental Science & Technology Letters（DOI：10.1021/acs.estlett.5c00296）。
汞作为一种有毒金属污染物，因其具备长距离传输能力导致汞污染在全球范围内广泛分布，甚至在没有明显污染源的偏远寒冷地区（如南北极）也存在显著的汞污染。零价汞（Hg(0)）的氧化控制着汞的长距离传输和大气沉降，在其生物地球化学循环中起着重要作用。冻融过程在寒冷地区的大气、地表水以及土壤中广泛存在，然而，目前对环境相关冻融作用对Hg(0)氧化的机制认知有限，阻碍了对汞循环的理解。
研究团队通过模拟环境相关冻融循环（25 ~ −20 ~ 25 °C和10 ~ −10 ~ 10 °C）条件下纯水体系中Hg(0)的氧化，发现相比于恒温（25/10 °C），冰冻过程显著促进了Hg(0)的氧化，尤其是在酸性条件（pH 4.0）下。为厘清Hg(0)氧化的关键氧化剂，团队采用活性氧物种荧光探针和淬灭实验，发现并证实冻融过程中液-冰界面能够自发生成羟基自由基（·OH），且对Hg(0)的氧化起主导作用。值得注意的是，环境浓度下过氧化氢（H2O2）并未加速Hg(0)的氧化，表明以往研究认为的冰冻浓缩效应（即Hg(0)和H2O2在冰隙中浓缩，进而提高反应速率）并不是加速Hg(0)氧化的唯一机制。
这一研究不仅提示冰冻介导的Hg(0)氧化可能在环境中普遍存在，尤其是在云/雾液滴、雨水以及气溶胶等酸性大气水相中。更重要的是，首次提出冻融过程中液-冰界面·OH主导Hg(0)氧化的新途径，突破了传统冰冻加速反应机理认知方面的缺陷。根据这项工作，亟需对界面自由基生成在大气污染物转化中的作用开展系列研究，厘清其在大气中污染物的归趋及环境影响。
图1 冻融过程中液-冰界面·OH主导Hg(0)的暗氧化
该论文的通讯作者为阴永光研究员、陈博磊研究员以及中南大学林璋教授，第一作者为方莹莹博士（现为江汉大学环境与健康学院博士后）。该研究工作得到了国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项等项目的支持。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.estlett.5c00296