de hete, soms hoge druk, toch zijn de soepele omstandigheden achter gereflecteerde schokgolven de ideale omgeving voor het bestuderen van de chemische complexiteit van verbranding.

Aamir Farooq, van KAUST's Clean Combustion Research Center, en zijn team, hebben een schokbuis in combinatie met laserdiagnostiek gebruikt om de snelle cascade van chemische reacties te bestuderen die in gang worden gezet wanneer brandstof verbrandt. Deze gegevens kunnen helpen bij het ontwerpen van schonere, efficiëntere motoren en brandstoffen dan momenteel beschikbaar zijn. De verkregen inzichten kunnen ook worden gebruikt om reacties in de lucht te bestuderen die verontreinigende stoffen genereren of verwijderen, of zelfs om de atmosferische omstandigheden van verre planeten te bestuderen.

"Schokbuizen zijn ideale chemische reactoren, vanwege de bijna homogene nuldimensionale omstandigheden achter gereflecteerde schokgolven, ", zegt Farooq. Het team schijnt lasers door de schokbuis om de chemie te volgen. "Laserdiagnostiek stelt ons in staat om in situ metingen te doen van chemische soorten die worden geconsumeerd en gevormd tijdens een chemische reactie, " Farooq voegt toe. "We kunnen zeer reactieve vrije radicalen volgen, die een sleutelrol spelen in de verbrandingskinetiek."

Twee recente artikelen illustreren de breedte van de informatie die kan worden verkregen. Farooq en zijn team onderzochten de verbrandingschemie van cyclische ketonen, die kan worden gemaakt van plantaardig afval en een uitstekend verbrandingsgedrag heeft1. "Van biomassa afgeleide cyclische ketonen trekken belangstelling vanwege hun goede klopvastheid en hun effectiviteit bij het verminderen van schadelijke emissies, " zegt Dapeng Liu, een doctoraat student in het team van Farooq. Reacties met hydroxylradicalen zijn een van de belangrijkste reacties die de verbranding van cyclische ketonen initiëren, maar deze waren nog nooit eerder experimenteel gemeten bij hoge temperaturen.

"Vergeleken met onze metingen, onderzoekers hadden de reactiviteit van cyclische keton- en hydroxylreacties bij hoge temperaturen overschat, maar ze hadden het onderschat voor kamertemperatuur, ", zegt Liu. Deze nieuwe gegevens zullen modellen verbeteren die worden gebruikt om brandstoffen te ontwerpen die cyclische ketonen bevatten.

Het team bestudeerde ook hydroxylreacties met dialkenen, gemeenschappelijke moleculen met twee dubbele koolstof-koolstofbindingen2. Deze interactie is belangrijk voor de verbranding van brandstof, maar ook voor atmosferische chemie. "Isopreen, een bekende dialkeen, wordt geproduceerd door dieren en planten en komt in hoge concentraties voor in bosgebieden, " zegt Fethi Khaled, die onlangs zijn Ph.D. met Farooq.

"Ons werk toonde de rijke chemie van hydroxylradicalen en dialkenen, " zegt Khaled. Het team onthulde een duidelijke verschuiving van reactiepaden, waar hydroxylradicalen bij atmosferische omstandigheden aan dialkenen toevoegen aan routes waar hydroxylradicalen waterstofatomen uit dialkenen plukken als de temperatuur stijgt tot verbrandingscondities.

De resultaten dragen bij aan de groeiende database van reactiesnelheidscoëfficiënten die het team heeft verstrekt, die veel wordt gebruikt door chemische kinetische modelbouwers en theoretici om hun berekeningen te valideren, zegt Farooq.

"In de toekomst, we gaan ons richten op radicale plus radicale reacties, die veel uitdagender zijn om te bestuderen, maar een cruciale rol spelen in veel chemische omgevingen, " zegt hij. "We ontwerpen nieuwe laserdiagnostiek om een ​​breed scala aan moleculen te detecteren, zodat we een compleet beeld kunnen schetsen van complexe chemische reacties, " voegt Farooq toe. "Tot slot, we breiden onze methodologieën uit om reacties te bestuderen die relevant zijn voor atmosferische chemie en interstellaire planeten."