محققان مکانیزمی را برای تشکیل ذرات کربن کشف کردند

یک تیم تحقیقاتی به سرپرستی پروفسور وانگ ژاندونگ از دانشگاه علم و صنعت چین (USTC) مجموعه‌ای از واسطه‌های خوشه‌ای کووالانسی را در واکنش‌های رادیکال آزاد فاز گازی تثبیت‌شده با تشدید با سکوی آزمایشی طیف‌سنجی جرمی فوتیونیزاسیون نور فرابنفش تشعشع سنکروترون مشاهده کردند. نقش رادیکال های آزاد تثبیت شده با رزونانس در رشد جرم ذرات گرد و غبار

این مطالعه منتشر شد در مجله انجمن شیمی آمریکا.

ذرات کربن از طریق حمل و نقل، انتشارات صنعتی و احتراق تولید می شوند. علاوه بر ایجاد مه، در صورت استنشاق توسط انسان می توانند باعث بیماری های تنفسی و قلبی عروقی نیز شوند.

ذرات کربن نیز بر عملکرد و طول عمر موتورها تأثیر می گذارد. از این رو، نیاز فوری به کاهش این ذرات در هوا وجود دارد. برای درک این موضوع، کشف چگونگی تشکیل ذرات کربن کمک می کند.

رادیکال‌های تثبیت‌شده با تشدید (RSRs) دسته‌ای از رادیکال‌ها هستند که در ذرات کربن یافت می‌شوند که از طریق جابجایی الکترون‌ها پایداری بالاتر و طول عمر بیشتری به دست می‌آورند. با توجه به محدودیت‌های روش‌های تجربی، تحقیقات در مورد مکانیسم واکنش RSR عمدتاً بر مسیر واکنش متمرکز شده است و هیچ شواهد تجربی مستقیمی در مورد اینکه چگونه RSR به رشد جرم ذرات دست می‌یابد وجود ندارد.

مجموعه‌ای از خوشه‌های پیوند کووالانسی (CBC) که به طور منظم رشد می‌کنند، میانجی‌هایی در تکامل RSR‌های کوچک، در آزمایش‌هایی با استفاده از طیف‌سنجی جرمی تابش نور ماوراء بنفش درجا (SVUV-PIMS) در خط پرتو BL09U آزمایشگاه ملی سنکروترون مشاهده شد. خط پرتوی مبتنی بر موج با محدوده انرژی 7 تا 124 ولت برای مطالعه طیف‌سنجی و دینامیک اتم‌ها، مولکول‌ها و خوشه‌ها طراحی شده است.

پیش سازهای پیرولیز شده رادیکال های هالوژنه در یک راکتور جریان آرام برای انجام آزمایش انتخاب شدند. زیرا RSR را می توان منحصراً با برش پیوند C-Br در دمای بالا در این راکتور تولید کرد.

در ترکیب با محاسبات کمی، مشخص شد که انتزاع اتم هیدروژن و افزودن های متعدد RSR باعث تشکیل و رشد سریع خوشه های کووالانسی می شود. این خوشه‌ها به تدریج هیدروژنه می‌شوند تا رادیکال‌های آروماتیک و چند حلقه‌ای متراکم شده با اندازه بزرگ تولید کنند و ذرات کربن دود مانند سفید را تشکیل دهند.

این تلفات پیشرونده H از CBC ها (PHLCBCs) ارتباط مهمی را بین رادیکال های تثبیت شده با رزونانس، خوشه های کووالانسی و ترکیبات آروماتیک متراکم دور تغلیظ شده روشن می کند و رادیکال های میانی فاز گاز را با نانوذرات کربنی با اندازه بزرگ مرتبط می کند.

انتظار می‌رود این مطالعه اطلاعات مهمی را برای شبیه‌سازی چند مقیاسی ذرات کربن ارائه کند و سنتز نانومواد کربنی را هدایت کند، مکانیسم تشکیل خوشه‌های فولرن را در شعله‌های آتش نشان دهد و بازدارنده‌های کک‌سازی جدید را توسعه دهد.