微滴无处不在，在室内和室外空气中，在地球系统中形成了巨大的空气-水界面。它们在室外表现为云、雨、露或雾，在室内则来自化妆品喷雾、加湿器或淋浴头。乍一看，它们看起来很简单，主要由水分子组成（图1），但这些微小的液滴会引发一系列复杂的化学反应，从而挑战了环境化学中长期以来的认知。例如，大气中的氮气（N2）因其强烈的三键而长期被认为是惰性的，但在微滴表面会被意外激活，并通过还原-氧化途径转化为一氧化二氮（N2O），这是一种强效的温室气体和臭氧消耗物质。同样，全氟烷基和多氟烷基物质（PFAS）是一类被称为“永久化学物质”的化合物，可以在这些微滴上进行活化甚至脱氟，导致曾经被认为极不可能发生的矿化反应。这些令人惊讶的转变突显了微滴在大气化学循环中以前未被认识到的重要性，并促使我们思考这些微滴是如何实现如此神奇的力量的。
图1 室外和室内环境中普遍存在的微滴及其高度反应的可能机制
How Do the Microdroplets Become Highly Reactive?
微滴是如何变得高度反应性的？
尽管驱动微滴高反应性的确切化学机制尚不清楚，但一些先驱从不同角度给出了不同的解释。这些解释集中在一些重要的反应物种（RS）上，包括羟基自由基（•OH）、氢原子（H•）、水阳离子自由基（H2O•+）、水合电子（H2O•–）和过氧化氢（H2O2）。这些RS的形成通常与微滴表面的带电有关。想象一下，快速地在桌子上搓手；剧烈的摩擦会让你感到刺痛。在对流层上部，云层和空气之间的摩擦可能要强烈得多。这种摩擦促进了空气和微滴之间的电荷转移，导致微滴获得非零电荷。
这种非零电荷破坏了微滴内的初始离子分布，进一步放大了微滴表面和次表面正负离子的分离。因此，即使在没有净电荷的情况下，也会产生垂直于液滴表面的强电场。微滴中的这种强电场大大降低了水合氢离子（H3O+）和氢氧化物（OH-）之间电荷转移的能量势垒，这是水中的两种基本离子，会产生强氧化剂（如•OH）和还原剂（如H•），如方程式1所示：
电荷转移也可能发生在微滴表面的两个水分子之间（方程式2），产生反应性H2O•+和H2O•–：
强烈还原的H2O•-甚至可以削弱强大的N≡N键，产生HN2自由基，从而激活“稳定”的N2。同时，H2O•+迅速与H2O反应形成•OH-H3O+对，迅速解离成H3O+和•OH。一旦产生，这些RS，特别是•OH和H•，有机会从微滴表面逃逸，因为这些RS通常只能与界面水分子形成一个氢键，相互作用不是很强。这使得微滴表现得像“发动机”，不断产生氧化剂和还原剂，不仅在其表面，而且在附近的气相中推动大气化学反应。
What Will We Do ？？？
正如牛顿在18世纪曾说过的那样，“……虽然真理的大海在我面前尚未被发现……”，但即使在21世纪，我们也仍然不确定这些微小的水滴对环境的影响，这些水滴主要由看似简单的水组成，就像海洋一样。显然，我们需要尽快采取一些行动。
首先，我们需要在化学和环境科学之间架起一座桥梁。开创性的化学研究经常使用类似于电喷雾电离质谱的微滴系统。然而，这种方法固有地引入了外部能量扰动，这可能会使界面反应与环境过程脱钩。相比之下，水蒸气绝热膨胀和超声波雾化更好地复制了在环境系统中观察到的微滴，从室外云层到室内加湿器产生的液滴。值得注意的是，绝热膨胀方法通过水蒸气的自发成核绕过了关于能量驱动伪影的争论，其中微滴来自固有的热力学驱动力，而不是外在的能量操纵。因此，这些具有环境代表性的微滴生成方法可用于评估不同室外和室内场景下的微滴反应。
其次，我们应该考虑哪些物质，无论是室内还是室外，都可能在微滴表面发生重要的化学转化，以及这些转化是否会导致有影响的后果（例如，加湿器的潜在健康风险）。表面活性剂等化合物，具有亲水性（如-COOH、-OH和-NH2）和疏水性（如-CH2-、-CH3-和-CH2-）═CH−）基团是主要的候选者，因为它们在微滴表面积累的可能性很高。此外，曾经被认为是惰性的高度丰富的大气物种（如N2）也值得重新检查。
最后，空气-水界面化学的重要性可能超越大气，延伸到海洋表面微层（SML），在那里，许多污染物，如PFAS和有机磷酸酯表现出显著的富集。在破波事件中，流体动力剪切同时产生瞬态微泡和海浪喷雾气溶胶，可能会产生具有强电场和反应物种水平增加的界面热点。这些独特的物理化学条件可能通过不同于本体相反应的机制进一步推动污染物转化。海洋表面微层的复杂基质（如富集的无机离子和溶解的有机物）可能进一步调节转化途径。破译这些界面过程对于评估海洋生态系统中的污染物命运至关重要。
参考文献
Deming Xia, Hong-bin Xie, Zhiqiang Fu, and Jingwen Chen，Environmental Science & Technology Article ASAP
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.5c01041
