Influences of the molecular fuel structure on combustion reactions towards soot precursors in selected alkane and alkene flames

文献情報

出版日 2018-02-02
DOI 10.1039/C7CP07743B
インパクトファクター 3.676
著者

Lena Ruwe, Nils Hansen, Katharina Kohse-Höinghaus


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要旨

In this study, we experimentally investigate the high-temperature oxidation kinetics of n-pentane, 1-pentene and 2-methyl-2-butene (2M2B) in a combustion environment using flame-sampling molecular beam mass spectrometry. The selected C5 fuels are prototypes for linear and branched, saturated and unsaturated fuel components, featuring different C–C and C–H bond structures. It is shown that the formation tendency of species, such as polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), yielded through mass growth reactions increases drastically in the sequence n-pentane < 1-pentene < 2M2B. This comparative study enables valuable insights into fuel-dependent reaction sequences of the gas-phase combustion mechanism that provide explanations for the observed difference in the PAH formation tendency. First, we investigate the fuel-structure-dependent formation of small hydrocarbon species that are yielded as intermediate species during the fuel decomposition, because these species are at the origin of the subsequent mass growth reaction pathways. Second, we review typical PAH formation reactions inspecting repetitive growth sequences in dependence of the molecular fuel structure. Third, we discuss how differences in the intermediate species pool influence the formation reactions of key aromatic ring species that are important for the PAH growth process underlying soot formation. As a main result it was found that for the fuels featuring a CC double bond, the chemistry of their allylic fuel radicals and their decomposition products strongly influences the combination reactions to the initially formed aromatic ring species and as a consequence, the PAH formation tendency.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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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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