De eenvoudigste organische moleculen hebben een veel complexere relatie met zuurstof dan eerder werd gedacht. Onderzoekers van KAUST en hun internationale medewerkers hebben aangetoond dat alkanen op grote schaal deelnemen aan auto-oxidatiereacties met zuurstofmoleculen. De vondst, die de huidige chemische wijsheid omverwerpt, heeft gevolgen voor de voorspelling van de luchtkwaliteit en een efficiënte brandstofverbranding in motoren.

Auto-oxidatie is een chemisch proces waarbij zuurstofmoleculen snel en achtereenvolgens worden toegevoegd aan organische moleculen in een radicale kettingreactie. Het proces is van cruciaal belang voor de timing van de verbranding van brandstof in motoren en is een belangrijke stap in de atmosferische omzetting van vluchtige organische moleculen in deeltjes.

"Conventionele kennis suggereert dat atmosferische auto-oxidatie precursormoleculen vereist met kenmerken zoals dubbele bindingen of zuurstofbevattende delen, " zegt Zhandong Wang, nu een professor aan de Universiteit van Wetenschap en Technologie van China, voorheen een onderzoekswetenschapper bij Mani Sarathy bij KAUST. Alkanen - het primaire bestanddeel van brandstoffen voor verbrandingsmotoren en een belangrijke klasse van stedelijke sporengassen - hebben deze structurele kenmerken niet. "Van alkanen werd gedacht dat ze slechts een kleine gevoeligheid hadden voor uitgebreide auto-oxidatie, "zegt Wang.

Om deze veronderstelling omver te werpen, Sara, Wang en collega's toonden aan dat alkanen uitgebreide auto-oxidatie ondergaan onder de hete hogedrukomstandigheden van verbranding. Het team ging vervolgens op zoek naar de mogelijkheid dat auto-oxidatie van alkaan ook plaatsvindt onder atmosferische omstandigheden.

"In 2016, we hebben samengewerkt met onderzoekers van de Universiteit van Helsinki om een ​​KAUST Competitive Research Grant te winnen, ", zegt Wang. "Dat was het begin van dit werk."

Het team gebruikte een state-of-the-art analytische techniek, zogenaamde chemische ionisatie atmosferische druk interface time-of-flight massaspectrometrie, om producten van atmosferische alkaanauto-oxidatie te detecteren. "Opvallend, de opbrengst van sterk geoxygeneerde organische moleculen met zes of meer zuurstofatomen was veel hoger dan verwacht, "zegt Wang.

Onder verbrandingsomstandigheden, het team observeerde ook alkanen die tot vijf opeenvolgende O . hadden ondergaan ₂ toevoegingen, aanzienlijk hoger dan de drie toevoegingen die ze eerder hebben waargenomen.

"Deze bevindingen verrijken ons begrip van auto-oxidatieprocessen en zullen ons in staat stellen beter voorspellende simulaties uit te voeren van verbrandingsmotoren en atmosferische processen die van invloed zijn op de luchtkwaliteit en het klimaat, ' zegt Sarathé.

"We werken nu samen met het ministerie van Volksgezondheid, Veiligheid en milieu in KAUST om atmosferische chemische processen beter te begrijpen met behulp van real-world metingen. we proberen complexe atmosferische chemische processen in de westelijke regio van Saoedi-Arabië te ontrafelen."

De studie is gepubliceerd in Communicatiechemie .