大氣懸浮微粒的生成機制，是大氣科學中最重要的研究之一，其對氣候、天氣以及人類健康有著很大的影響。在對流層中，有超過50%的雲凝結核（cloud condensation nuclei）來自「新粒子生成」（new particle formation，簡稱NPF），也就是氣態物質在大氣中直接凝結成奈米級微粒的過程。長久以來，科學界普遍認為NPF在熱力學上受蒸氣壓制約，也就是溫度愈高，各種化學物質的揮發性愈大，氣態物質愈難凝結成粒子，因此NPF不易在高溫下發生。然而，在釐清「哪些化學物質主導了NPF的初始生成階段」這一問題上，科學界至今仍缺乏共識。缺乏共識的原因在於缺乏靈敏的分析儀器，科學家幾乎無法直接測量粒徑小於10奈米的微粒的化學組成。近年來全球暖化加劇，2024年是有史以來最熱的一年，熱浪頻率持續攀升。在這樣的背景之下，釐清高溫條件下NPF是否仍會發生，以及釐清NPF的機制，就顯得非常重要，因為這不僅關係到氣候，更直接影響到高溫期間的空氣品質與公共健康。

近日，美國德州農工大學的研究團隊，在德州中部的熱浪期間（「AC-HEAT」野外觀測計畫）進行密集觀測，並結合量子化學計算，成功揭開了NPF在高溫下的真正機制。觀測顯示，即使溫度接近攝氏40度，27個觀測日中仍有15天發生NPF。研究團隊首次利用熱脫附-離子漂移-化學游離質譜法（TD-ID-CIMS）分析粒徑小至3奈米的微粒，並發現3至25奈米的成核模態微粒中，二酸（如戊二酸、酒石酸）和三酸等多官能基羧酸為最主要成分，質量佔比高達58-74%；硫酸佔比隨粒徑增大才逐漸提高；胺類更完全不見於20奈米以下的粒子中。量子化學計算表明，這些多官能基有機酸的羧基能同時充當氫鍵的供體和受體，驅動分子一個接一個地自組裝成愈來愈大的超分子奈米結構，且每一步聚合都會讓系統更加穩定、更難分解，這就導致了即便在高溫下，這個自組裝過程在動力學上仍然可行，從而打破了「高溫不利NPF」的傳統預測。研究人員表示，其氫鍵自組裝機制很可能是全球各種大氣條件下NPF的普遍途徑。