At give ilt til spørgsmålet om luftkvalitet

De enkleste organiske molekyler har et meget mere komplekst forhold til ilt end tidligere antaget. Forskere fra KAUST og deres internationale samarbejdspartnere har vist, at alkaner deltager i vid udstrækning i autooxidationsreaktioner med oxygenmolekyler. Opdagelsen, som vælter den nuværende kemiske visdom, har konsekvenser for forudsigelse af luftkvalitet og effektiv brændstofforbrænding i motorer.

Autoxidation er en kemisk proces, hvor oxygenmolekyler hurtigt og sekventielt tilføjer organiske molekyler i en radikal kædereaktion. Processen er kritisk for timingen af ​​brændstofforbrænding i motorer og er et nøgletrin i den atmosfæriske omdannelse af flygtige organiske molekyler til partikler.

"Konventionel viden tyder på, at atmosfærisk autooxidation kræver precursormolekyler med funktioner som dobbeltbindinger eller oxygenholdige dele, " siger Zhandong Wang, nu professor ved University of Science and Technology i Kina, tidligere forsker hos Mani Sarathy ved KAUST. Alkaner - den primære komponent i forbrændingsmotorbrændstoffer og en vigtig klasse af bysporgasser - har ikke disse strukturelle egenskaber. "Alkaner blev anset for kun at have mindre modtagelighed for omfattende autooxidation, " siger Wang.

For at omstøde denne antagelse, Sarathy, Wang og kolleger viste, at alkaner undergår omfattende autooxidation under de varme højtryksforhold ved forbrænding. Holdet satte sig derefter for at undersøge muligheden for, at alkanautoxidation også forekommer under atmosfæriske forhold.

"I 2016 vi samarbejdede med forskere fra Helsinki Universitet for at vinde et KAUST Competitive Research Grant, " siger Wang. "Det var begyndelsen på dette arbejde."

Holdet brugte en state-of-the-art analytisk teknik, kaldet kemisk ionisering atmosfærisk trykgrænseflade time-of-flight massespektrometri, at detektere produkter af atmosfærisk alkanautooxidation. "Påfaldende nok, udbyttet af højt oxygenerede organiske molekyler indeholdende seks eller flere oxygenatomer var meget højere end forventet, " siger Wang.

Under forbrændingsforhold, holdet observerede også alkaner, der havde gennemgået op til fem sekventielle O ₂ tilføjelser, betydeligt højere end de tre tilføjelser, de observerede tidligere.

"Disse resultater beriger vores forståelse af autooxidationsprocesser og vil give os mulighed for bedre at udføre forudsigelige simuleringer af forbrændingsmotorer og atmosfæriske processer, der påvirker luftkvalitet og klima, " siger Sarathy.

"Vi samarbejder nu med Sundhedsstyrelsen, Sikkerhed og miljø i KAUST for bedre at forstå atmosfæriske kemiske processer ved hjælp af målinger fra den virkelige verden." tilføjer han. "Ved brug af data indsamlet på den KAUST-baserede overvågningsstation, vi forsøger at optrevle komplekse atmosfæriske kemiske processer i den vestlige region af Saudi-Arabien."

Undersøgelsen er publiceret i Kommunikationskemi .