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本文应用基于第一性原理量子力学计算的Vienna Abinitio Simulation Package(VASP)软件包,利用基于广义梯度近似(Generalized Gradient Approximation,GGA)的密度泛函理论(density functional theory,DFT)计算方法,结合平板周期性模型,使用CL-NEB以及DIMER过渡态搜索算法研究了二氧化硫在金红石二氧化钛(Rutile)的110晶面上的吸附及催化氧化反应机理,为尘埃诱导的大气氧化机制研究提供重要的理论参考,具体结论如下:1)我们探究了 SO2、NO2以及O3气体分子在Rutile(110)表面的不同吸附结构,找到了它们的最优吸附结构:即SO2在表面形成三配位结构,S原子靠近吸附表面的桥位O原子,而SO2分子中的一个氧原子则靠近表面5配位的Ti原子,整个过程吸附能达到了 0.38 eV;而O3以及NO2倾向于在表面形成双齿吸附,吸附能分别为0.41 eV和0.21 eV。2)SO2与O3/NO2在Rutile(110)表面会发生共吸附。在SO2、O3和NO2在Rutile(11O)的单吸附的基础上,我们对SO3和O3、SO3和NO2的共吸附情况进行了理论研究,找出了相对合理的共吸附结构:与单吸附情况相比,SO2分子的吸附位点无明显变化,而O3/NO2两端的氧原子分别靠近表面的五配位的Ti原子。共吸附情况下,SO2和O3的共吸附能约为0.75 eV,SO2和NO2的共吸附能约为0.58 eV。3)在单分子吸附情况下,Rutile(110)表面O3氧化SO2的过程:在SO2稳定吸附在Rutile(110)表面后,气相中的O3逐渐靠近表面的SO2,O3分子一端的O原子进攻S原子,随后O3分子中的O-O键断裂形成O2和O,O原子与S原子键合形成SO3,随着反应过程的进行,SO3逐渐表面,形成能够类SO4结构,整个过程反应活化能为0.18 eV,产物体系能量降低2.39 eV。4)在单分子吸附情况下,Rutile(110)表面NO2氧化SO2的过程:与O3氧化过程类似,NO2中的氧原子进攻SO2中的S原子,形成稳定吸附在表面的SO3和气相中的NO分子,整个反应过程活化能为0.73 eV,产物体系能量降低0.31 eV。5)在双分子共吸附情况下,Rutile(110)表面O3氧化SO2的过程:在SO2与O3逐渐靠近的过程中,O3远离SO2一端的氧原子首先脱附,随后靠近SO2的O3中O-O键断裂,SO2靠近裸露在表面的O原子,O2逐渐远离表面,这两个过程几乎同时发生,反应活化能为0.38 eV,反应产物体系能量降低1.82 eV,产物中的SO3与表面作用性较弱,能够相对容易从表面吸附,随后参与到气相反应中。6)在双分子共吸附情况下,Rutile(110)表面NO2氧化SO2的过程:与O3过程类似,产物为NO和SO3,该反应吸热反应,反应活化能达到了 0.93 eV,反应产物体系能量升高0.36 eV。7)在含有H2O的Rutile(110)表面上,H2O分子的解离产物能够有效的促进表面亚硫酸的形成,SO2的水化过程无反应势垒,随后气相中的O3分子将S(Ⅳ)氧化成S(Ⅵ),在表面生成稳定吸附的H2SO4,反应过程的活化能为0.44 eV,产物能量降低2.97 eV。鉴于以上计算结果,我们发现,干燥的TiO2表面具有显著的促进O3气体氧化SO2的能力。而NO2的氧化SO2过程能垒较高,在常温下不易发生。空气中的水并没有促进该异相氧化过程的作用。在过去的实验观测中,人们发现传统的OH自由基氧化机制不足以揭示新粒子生产过程中的硫酸的快速生成。通过我们的计算,我们发现扬尘引导的气固异相氧化过程是大气硫酸和三氧化硫的重要来源,可以是OH自由基氧化来源的一个重要补充。这也揭示了扬尘促进气溶胶乃至雾霾产生的理论机制。