Effect of a single water molecule on ˙CH2OH + 3O2 reaction under atmospheric and combustion conditions

文献情報

出版日 2021-11-25
DOI 10.1039/D1CP03911C
インパクトファクター 3.676
著者

Manas Ranjan Dash, Mohamad Akbar Ali


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要旨

The hydroxymethyl (˙CH2OH) radical is an important intermediate species in both atmosphere and combustion reaction systems. The rate coefficients for ˙CH2OH + 3O2 and (˙CH2OH + 3O2 (+H2O)) reactions were calculated using the Rice–Ramsperger–Kassel–Marcus (RRKM)/master equation (ME) simulation and canonical variational transition state theory (CVT) between the temperature range of 200 to 1500 K based on the potential energy surface constructed using CCSD(T)//ωB97XD/6-311++G(3df,3pd). The results show that ˙CH2OH + 3O2 leads to the formation of CH2O and HO2 at temperatures below 800 K, and goes back to reactants at high temperature (>1000 K). When a water molecule is added to the reaction, the formation of CH2O and HO2 is favored at all temperatures. The calculated rate coefficient for the ˙CH2OH + 3O2 (2.8 × 10−11 cm3 molecule−1 s−1 at 298 K) is in good agreement with the previous experimental values (∼1 × 10−11 cm3 molecule−1 s−1 at 298 K). The rate coefficients for the water-assisted reaction (2.4 × 10−16 cm3 molecule−1 s−1 at 1000 K) is at least 3–4 orders of magnitude smaller than the water-free reaction (6.2 × 10−12 cm3 molecule−1 s−1 at 1000 K). This result is consistent with the similar types of reaction system. Our calculations also predict that the effect of a single water molecule favors the formation of CH2O in the combustion condition. However, the water-free reaction favors the formation of CH2O in the atmospheric condition. The current study helps to understand how a single water molecule changes the reaction mechanism and chemical kinetic behaviour under atmospheric and combustion conditions.

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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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