碳质颗粒物作为PM2.5的关键组分，主要来源于有机材料的不完全燃烧过程。这类悬浮于大气中的碳质气溶胶不仅对全球气候系统产生显著影响，更对人类健康构成严重威胁。在燃料燃烧与热解过程中生成的共振稳定自由基（Resonance-Stabilized Radicals, RSRs）作为关键中间体，可能在碳质颗粒的形成机制中发挥决定性作用。然而，目前学术界对于RSRs参与碳质颗粒形成的实验证据仍显匮乏，相关反应机理的研究亦存在明显不足。
本研究采用流动反应器热解技术，通过卤代前驱体制备了典型RSRs体系（包括1-茚基、1-甲基萘基及2-甲基萘基自由基），系统表征了其生成碳烟颗粒的粒径分布特征、化学组分演化及热力学行为特性。实验结果表明：新生碳烟颗粒呈现单分散性粒径分布特征，其电迁移直径集中于1.3-1.6 nm的成核临界区间。结合激光解吸/电离质谱技术，我们首次在凝聚相中检测到分子量显著高于气相产物的共价键合团簇（Covalently Bonded Clusters, CBCs）。通过分子动力学模拟计算发现，当CBCs的等效分子直径达到约1.5 nm时，体系发生明显的相变行为。进一步的蒸发实验与热重分析表明，小分子量CBCs（<1.5 nm）表现出挥发性特征，而大分子量CBCs（≥1.5 nm）则呈现典型非挥发性颗粒物特性。这一突破性发现从实验角度证实了CBCs在气相前驱体向固态碳烟颗粒转化过程中的桥梁作用。
基于上述发现，本研究创新性地提出“共振稳定自由基簇聚（Resonance-Stabilized Radical Clustering, RSRC）”机制。该机制强调RSRs通过自由基链式反应实现分子簇的共价键合生长，与传统碳烟形成理论形成鲜明对比—经典模型认为碳烟成核主要依赖多环芳烃（PAHs）的物理堆叠或弱化学缔合。RSRC机制的建立，不仅为碳质颗粒的初始成核过程提供了分子层面的机理阐释，更为精准预测和有效调控燃烧源颗粒物排放奠定了理论基础。

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