Lyman α photolysis of solid nitromethane (CH3NO2) and D3-nitromethane (CD3NO2) – untangling the reaction mechanisms involved in the decomposition of model energetic materials

文献情報

出版日 2015-02-16
DOI 10.1039/C4CP05759G
インパクトファクター 3.676
著者

Pavlo Maksyutenko, Lloyd G. Muzangwa, Brant M. Jones, Ralf I. Kaiser


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要旨

Solid nitromethane (CH3NO2) along with its isotopically labelled counterpart D3-nitromethane (CD3NO2) ices were exposed to Lyman α photons to investigate the mechanism involved in the decomposition of energetic materials in the condensed phase. The chemical processes in the ices were monitored online and in situ via infrared spectroscopy complimented by temperature programmed desorption studies utilizing highly sensitive reflectron time-of-flight mass spectrometry coupled with pulsed photoionization (ReTOF-PI) at 10.49 eV. The infrared data revealed the formation of cis-methylnitrite (CH3ONO), formaldehyde (H2CO), water (H2O), carbon monoxide (CO), and carbon dioxide (CO2). Upon sublimation of the irradiated samples, three classes of higher molecular weight products, which are uniquely formed in the condensed phase, were identified via ReTOF-PI: (i) nitroso compounds [nitrosomethane (CH3NO), nitrosoethane (C2H5NO), nitrosopropane (C3H7NO)], (ii) nitrite compounds [methylnitrite (CH3ONO), ethylnitrite (C2H5ONO), propylnitrite (C3H7ONO)], and (iii) higher molecular weight molecules [CH3NONOCH3, CH3NONO2CH3, CH3OCH2NO2, ONCH2CH2NO2]. The mechanistical information obtained in the present study suggest that the decomposition of nitromethane in the condensed phase is more complex compared to the gas phase under collision-free conditions opening up not only hitherto unobserved decomposition pathways of nitromethane (hydrogen atom loss, oxygen atom loss, retro carbene insertion), but also the blocking of several initial decomposition steps due to the ‘matrix cage effect’.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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