近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)國家同步輻射實驗室齊飛教授研究小組與法國Nancy大學(xué)Battin-Leclerc教授研究小組合作，將同步輻射真空紫外光電離質(zhì)譜技術(shù)與射流攪拌反應(yīng)器結(jié)合，模擬發(fā)動機的點火過程，在丁烷低溫氧化過程中探測到了多種過氧化物(烷基過氧化物和羰基過氧化物)，如過氧化甲烷、過氧化乙烷、過氧化丁烷、C4羰基過氧化物等，首次在實驗上驗證了碳氫化合物低溫氧化機理中廣泛應(yīng)用20余年的重要假定。該研究成果已于近期發(fā)表在國際著名期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》上(Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 3169-3172)。
汽車發(fā)動機與生活中隨處可見的塑料和化纖制品之間似乎風馬牛不相及，但它們卻都與一種奇妙的化學(xué)現(xiàn)象──碳氫化合物的自燃密切相關(guān)。自燃是內(nèi)燃機的主要點火方式之一，也是威脅石油化工中氧化過程安全的罪魁禍首。因此對碳氫化合物低溫氧化機理的認識可以幫助人們揚長避短地利用自燃現(xiàn)象，對于內(nèi)燃機設(shè)計和石油化工安全等實用領(lǐng)域意義重大。
在低于自燃溫度時，碳氫化合物低溫氧化還會出現(xiàn)“冷火焰”(550K左右出現(xiàn)的溫度跳動，量級在數(shù)十K，伴隨由甲醛發(fā)出的藍光，形似火焰)和“負溫度系數(shù)區(qū)”(650K左右出現(xiàn)的反應(yīng)活性隨溫度上升而下降的區(qū)域)等奇妙特性。射流攪拌反應(yīng)器可以模擬自燃溫度前后的工況，是研究碳氫化合物低溫氧化的最佳實驗平臺之一。同步輻射真空紫外光電離質(zhì)譜技術(shù)在射流攪拌反應(yīng)器中的成功應(yīng)用是揭示過氧化物存在及其濃度隨溫度變化趨勢的關(guān)鍵，將從根本上推動碳氫化合物低溫氧化機理的研究，揭開“星星之火，可以燎原”的秘密，為實用領(lǐng)域提供更加詳細、精確的理論指導(dǎo)。
該工作得到國家杰出青年基金、中國科學(xué)院和科技部的支持。