Создан универсальный механизм для объяснения образования углеродных наночастиц в межзвездной и земной среде

Прочитано: 103 раз(а)
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Оценок пока нет)
Loading ... Loading ...


Углеродные наноструктуры, образовавшиеся в околозвездных оболочках вокруг богатых углеродом звезд, могут иметь общее химическое происхождение с частицами сажи, образующимися при сгорании топлива. Исследователи KAUST показали, что один и тот же механизм реакции может лежать в основе каждого процесса. Предлагаемый механизм также может привести к улучшению методов производства углеродных наноматериалов.

Считается, что образование богатых углеродом наночастиц — межзвездных или горючих — зависит от соединений, называемых полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ), которые похожи на кластеры слитых бензольных колец , удерживаемых вместе общими углерод-углеродными пи-связями. Было предложено несколько механизмов для объяснения того, как ПАУ могут объединяться с другими молекулами углерода, превращаясь в сажу и родственные углеродные наночастицы.

«Все эти исследования, однако, недостаточны для объяснения возникновения «периконденсированных ароматических углеводородов » только с пи-связями между атомами углерода , которые могут присутствовать в пламени в больших количествах», — говорит Ханфэн Джин, постдоктор Аамира Фарука. labs, который руководил исследованиями. «Мы предложили новый механизм, объясняющий зародышеобразование периконденсированных ароматических углеводородов».

Команда показала, что периконденсированное зародышеобразование ароматических углеводородов можно объяснить реакциями между ароматическими арильными молекулами и фенилацетиленом через механизм присоединения фенилацетилена с отщеплением водорода (HAPaA). «Фенилацетилен легко образуется и может присутствовать в пламени в значительных количествах», — объясняет Джин. Как известно, бензол и ацетилен, предшественники фенилацетилена, являются важными промежуточными продуктами в астрохимии и химии горения, добавляет он.

Исследователи использовали квантово-химические расчеты, чтобы показать, что периконденсированные ароматические углеводороды могут расти путем присоединения фенилацетилена к зигзагообразным структурам и структурам в форме кресла по периферии арильной молекулы. Начальный этап механизма HAPaA не имеет энергетического барьера, поэтому он одинаково важен как для низкотемпературной межзвездной химии, так и для высокотемпературного горения.

По словам Джина, промежуточные продукты и продукты реакции HAPaA, предсказанные теорией, были подтверждены экспериментально с использованием современной синхротронной вакуумной ультрафиолетовой фотоионизационной масс-спектрометрии с молекулярным пучком. Механизм HAPaA был также применим к более крупным молекулярным аналогам фенилацетилена, обеспечивая повторяющиеся циклы кластеризации ПАУ с образованием углеродсодержащих наночастиц.

«Прелесть предложенного нами механизма по сравнению с традиционными путями образования и роста ПАУ заключается в том, что он универсален», — говорит Фарук. «Это механистическое понимание помогло бы нам ограничить образование частиц сажи из систем сгорания, например, за счет использования химических соединений , которые подавляют зигзагообразную и кресельную периферию, что повышает эффективность механизма HAPaA», — говорит он. «Точно так же предложенный нами механизм можно использовать для повышения точности моделей, используемых для предсказания эволюции углерода в межзвездной среде».

Исследование опубликовано в Журнале Американского химического общества.

Создан универсальный механизм для объяснения образования углеродных наночастиц в межзвездной и земной среде



Новости партнеров