挥发性有机化合物(VOCs)形成的分子团簇，可能在各种大气过程中扮演中间体角色，进而影响气溶胶的形成、污染物降解和VOCs自身的转化过程，尤其是与水蒸气和温室气体（如CO₂）形成的团簇，可能是气候动力学的关键参与者。因此，从分子水平深入研究大气中挥发性有机化合物（VOCs）、温室气体及水蒸气之间的相互作用，是揭示气溶胶形成机制和化学行为的关键，为完善大气模型提供重要实验数据和理论支撑。

近年来，在VOCs与H₂O或CO₂的二元复合物及团簇方面取得了重要进展，进一步增加参与形成团簇的分子种类，将可能引入更多的复杂性而增加实验的挑战性，但同时也可促进我们对复杂分子间相互作用的理解，为大气化学的深入研究开辟了新的窗口。

近日，重庆大学的勾茜教授课题组与德国汉诺威大学Grabow教授及加拿大阿尔伯塔大学Jäger教授合作，以典型的石油分馏燃烧产物环戊烯(c-C₅H₈)为研究对象，利用重庆大学自研制脉冲超声射流冷却傅里叶变换微波(PJ-FTMW)光谱仪，结合高精度量化计算，研究了其与CO₂和H₂O形成的三元异质团簇的高分辨转动光谱。该研究揭示了此类三元团簇的分子结构和内部动力学信息，并从分子水平阐释了c-C₅H₈与CO₂及H₂O分子间非共价相互作用的成键规律。

转动光谱具有超高的能量分辨能力，能够提供精确而丰富的分子团簇的指纹光谱信息。随着多元组分的加入，转动光谱的复杂性显著增加，不仅受到单体及各种二元团簇的干扰，还因分子团簇内复杂的动力学过程，如量子隧穿效应，导致谱线的分裂。得益于自研制微波光谱仪的高分辨能力，本研究首次探测到了c-C₅H₈–CO₂–H₂O这种复杂分子的三元异质团簇，并获得了其准确的结构参数、内部动力学信息和分子间相互作用成键规律。CO₂和H₂O通过O–H∙∙∙π氢键和C∙∙∙O碳键与环戊烯环进行了定向空间排列，这些非共价相互作用在团簇结构稳定和形态中扮演了重要角色，进而可能深刻影响c-C₅H₈的大气化学行为。尽管我们在量化三元异质团簇及其分子间相互作用对气候动力学、空气质量和公共健康的具体影响方面还面临诸多挑战，但本研究为揭示这些复杂过程提供了重要数据支撑和理论基础。