2021年2月24日
烷烃是内燃机燃料的重要组成部分，也是一类重要的城市微量气体，它通过另一种反应途径进行反应。这些碳氢化合物，以前称为石蜡，因此产生大量的高含氧化合物，可导致有机气溶胶，从而造成城市空气污染。
一个国际研究小组现在已经能够通过赫尔辛基大学和莱比锡莱布尼茨对流层研究所(TROPOS)的最先进测量技术的实验室实验证明这一点。
该研究小组在期刊上写道，这项跨学科研究的结果为内燃机和大气中的氧化过程提供了关键信息，直接影响发动机效率和气溶胶的形成，尤其是在城市中化学通讯这是一份由施普林格-自然出版集团出版的开放获取期刊。
氧化过程在大气和燃烧中都起着重要作用。发动机的高温会引发一种称为自氧化的连锁反应。
但它也是大气中形成有机气溶胶的高含氧化合物的重要来源，来自芬兰、德国和美国的研究人员在2014年证明了这一点。自氧化作用是有机物被空气中的氧气老化的原因之一。它会导致食物和酒的变质。
这个链式反应是由过氧自由基(RO2)的形成引起的。有机化合物经历这种多步自氧化的倾向决定了发动机中燃料的点火时间，另一方面，也决定了在大气中形成低挥发性可凝蒸汽和有机气溶胶的可能性。
多步自氧化发生的程度取决于有机化合物的分子结构和反应条件。
过氧自由基是所有氧化反应的重要中间体，确定其不同的反应途径对形成不同的反应产物及其关键性质至关重要，这些产物最终会影响人类健康和气候。
由于过氧自由基的活性非常强，它们的化学反应非常迅速，因此个别的反应步骤被忽视了很长一段时间。
7年前，由于测量技术的进步，高含氧有机分子(HOMs)的发现才成为可能。
利用化学电离-大气压界面-飞行时间(CI-APi-TOF)质谱仪监测寿命极短的化合物，测定烷烃的自由基和氧化产物。
“到目前为止，还没有关于烷烃形成HOM的研究，因为人们认为它们的结构不利于自氧化，”TROPOS的Torsten Berndt博士报道。
甲烷是一种重要的温室气体，属于烷烃一类。但原油和天然气中最重要的化石燃料也包括烷烃:包括丙烷、丁烷、戊烷、正烷、庚烷和辛烷。因此，关于这类物质的氧化行为的新发现在许多领域有很大的相关性。
为了更深入地了解烷烃自氧化，除了在赫尔辛基的实验外，还在莱比锡的TROPOS自由射流反应器中进行了实验。
实验装置经过优化，使气体在反应过程中不与壁面接触，以排除壁面过程对结果的干扰。
在实验过程中，几乎所有的反应中间体、RO2自由基及其反应产物都可以被直接监测。
燃烧化学和大气化学研究人员的跨学科合作证明是非常有用的，因为在燃烧过程中，类似的过程发生在大气中，只是在更高的温度。
“结果表明，不仅RO2自由基的异构化反应，而且RO自由基的异构化反应也会导致更高的氧化产物的生成。这项研究使我们有可能将自氧化作用重要的最后一组有机化合物，也可能是最令人惊讶的一类化合物，与烷烃联系起来。”Torsten Berndt总结道。
即使在高浓度的氮氧化物(否则会迅速终止自氧化反应)下，烷烃显然也会在空气中产生大量高度氧化的化合物。
这一发现为进一步研究反渗透自由基的异构化反应提供了依据。
来源:https://www.tropos.de/