Mecanismo que explica las nanopartículas de carbono en el medio ambiente terrestre

Mecanismo que explica las nanopartículas de carbono en el medio ambiente terrestre


Las nanoestructuras de carbono vistas en envolturas circunestelares alrededor de estrellas ricas en carbono podrían tener un origen químico en las partículas de hollín formadas durante la combustión del combustible.

Los investigadores proponen un mecanismo para explicar las nanopartículas de carbono en el medio ambiente terrestre

Crédito de la foto: Shutterstock.com/lucadp

Según los investigadores de KAUST, cada proceso podría basarse en el mismo mecanismo de reacción. La metodología propuesta podría conducir potencialmente a procesos de fabricación más eficientes para nanomateriales de carbono.

Se cree que los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), que corresponden a grupos de anillos de benceno fusionados unidos por enlaces pi carbono-carbono compartidos, están involucrados en la producción de nanopartículas ricas en carbono, ya sean interestelares o combustibles.

Se han propuesto muchas teorías para explicar cómo los PAH se mezclan con otras moléculas de carbono para formar hollín y otras nanopartículas de carbono.

Sin embargo, todos estos estudios son insuficientes para explicar la formación de “hidrocarburos aromáticos pericondensados” con solo enlaces pi entre los átomos de carbono, que pueden estar presentes en grandes cantidades en las llamas. Hemos propuesto un nuevo mecanismo que explica la nucleación de hidrocarburos aromáticos percondensados.

Hanfeng Jin, becario postdoctoral, Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah

Los investigadores demostraron que la nucleación de hidrocarburos aromáticos pericondensados ​​puede definirse mediante interacciones entre moléculas de arilo aromático y fenilacetileno utilizando un mecanismo de adición de fenilacetileno por extracción de hidrógeno (HAPaA).

«El fenilacetileno se forma fácilmente y puede estar presente en cantidades significativas en las llamas.—explicó Jin—.

Según Jin, se sabe que tanto el benceno como el acetileno, los precursores del fenilacetileno, son importantes intermediarios en la astroquímica y la química de la combustión.

Los investigadores realizaron simulaciones químicas cuánticas para demostrar que la adición de fenilacetileno a estructuras en zigzag y en forma de silla alrededor de la periferia de la molécula de arilo puede generar hidrocarburos aromáticos pericondensados.

Debido a que la primera etapa del proceso HAPaA no tiene barrera energética, se aplica tanto a la química interestelar a baja temperatura como a la combustión a alta temperatura.

Las predicciones teóricas para los productos e intermedios de la reacción HAPaA se han validado experimentalmente utilizando espectrometría de masas de haz molecular de fotoionización ultravioleta al vacío de sincrotrón de última generación, según Jin.

El método HAPaA también era aplicable a análogos moleculares más grandes del fenilacetileno, lo que permitía múltiples ciclos de formación de grupos de PAH y conducía a la formación de nanopartículas carbonosas.

La belleza de nuestro mecanismo propuesto en comparación con las vías tradicionales de formación y crecimiento de PAH es que es de aplicación universal. Esta comprensión mecanicista nos ayudaría a limitar la formación de partículas de hollín de los sistemas de combustión, por ejemplo, mediante el uso de compuestos químicos que supriman las periferias en zigzag y silla, aumentando la eficiencia del mecanismo HAPaA.

Aamir Farooq, Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah

Farooq agregó: «Asimismo, nuestro mecanismo propuesto se puede utilizar para aumentar la precisión de los modelos utilizados para predecir la evolución del carbono en el medio interestelar.

Referencia de la revista:

Jin, h. y otros. (2021) Inicio de nanoestructuras carbonosas a través del mecanismo de adición de fenilacetileno de extracción de hidrógeno. Mermelada. Chem. Soc. doi:10.1021/jacs.1c08230.

Fuente: https://www.alphagalileo.org/en-gb/

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