Alcani volatili, precedentemente creduto di avere solo una minore suscettibilità all'autossidazione, ora si rivela avere una relazione molto più complessa con l'ossigeno, che possono avere implicazioni significative per la combustione del carburante e l'inquinamento atmosferico. Credito:© 2021 Morgan Bennett Smith.
La più semplice delle molecole organiche ha una relazione con l'ossigeno molto più complessa di quanto si pensasse in precedenza. I ricercatori di KAUST ei loro collaboratori internazionali hanno dimostrato che gli alcani partecipano ampiamente alle reazioni di autossidazione con le molecole di ossigeno. La scoperta, che ribalta l'attuale saggezza chimica, ha implicazioni per la previsione della qualità dell'aria e la combustione efficiente del carburante nei motori.
L'autossidazione è un processo chimico in cui le molecole di ossigeno si aggiungono rapidamente e in sequenza alle molecole organiche in una reazione a catena dei radicali. Il processo è fondamentale per la tempistica della combustione del carburante nei motori ed è un passaggio chiave nella conversione atmosferica delle molecole organiche volatili in particolato.
"La conoscenza convenzionale suggerisce che l'autossidazione atmosferica richiede molecole precursori con caratteristiche come doppi legami o frazioni contenenti ossigeno, "dice Zhandong Wang, ora professore all'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina, ex ricercatore con Mani Sarathy alla KAUST. Gli alcani, il componente principale dei combustibili per motori a combustione e un'importante classe di gas traccia urbani, non hanno queste caratteristiche strutturali. "Si pensava che gli alcani avessero solo una minore suscettibilità all'autossidazione estesa, " dice Wang.
Per ribaltare questa ipotesi, Sarati, Wang e colleghi hanno dimostrato che gli alcani subiscono un'ampia autossidazione nelle condizioni di combustione ad alta pressione. Il team ha quindi deciso di esplorare la possibilità che l'autossidazione degli alcani si verifichi anche in condizioni atmosferiche.
"Nel 2016, abbiamo collaborato con i ricercatori dell'Università di Helsinki per vincere un KAUST Competitive Research Grant, " dice Wang. "Questo è stato l'inizio di questo lavoro."
Il team ha utilizzato una tecnica analitica all'avanguardia, chiamato spettrometria di massa a tempo di volo dell'interfaccia della pressione atmosferica di ionizzazione chimica, per rilevare i prodotti dell'autossidazione degli alcani atmosferici. "Sorprendentemente, la resa di molecole organiche altamente ossigenate contenenti sei o più atomi di ossigeno era molto più alta del previsto, " dice Wang.
In condizioni di combustione, il team ha anche osservato alcani che avevano subito fino a cinque O . sequenziali 2 aggiunte, significativamente superiore alle tre aggiunte osservate in precedenza.
"Questi risultati arricchiscono la nostra comprensione dei processi di autossidazione e ci consentiranno di eseguire migliori simulazioni predittive dei motori a combustione e dei processi atmosferici che influiscono sulla qualità dell'aria e sul clima, "dice Sara.
"Ora stiamo lavorando con il dipartimento della Salute, Sicurezza e ambiente in KAUST per comprendere meglio i processi chimici atmosferici utilizzando misurazioni del mondo reale." aggiunge. "Utilizzando i dati acquisiti presso la stazione di monitoraggio basata su KAUST, stiamo tentando di svelare complessi processi chimici atmosferici nella regione occidentale dell'Arabia Saudita".
Lo studio è pubblicato su Chimica delle comunicazioni .
