Effects of surface chemistry on the mechanochemical decomposition of tricresyl phosphate

文献情報

出版日 2023-11-30
DOI 10.1039/D3CP05320B
インパクトファクター 3.676
著者

Fakhrul H. Bhuiyan, Ashlie Martini


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要旨

The growth of protective tribofilms from lubricant antiwear additives on rubbing surfaces is initiated by mechanochemically promoted dissociation reactions. These processes are not well understood at the molecular scale for many important additives, such as tricresyl phosphate (TCP). One aspect that needs further clarification is the extent to which the surface properties affect the mechanochemical decomposition. Here, we use nonequilibrium molecular dynamics (NEMD) simulations with a reactive force field (ReaxFF) to study the decomposition of TCP molecules confined and pressurised between sliding ferrous surfaces at a range of temperatures. We compare the decomposition of TCP on native iron, iron carbide, and iron oxide surfaces. We show that the decomposition rate of TCP molecules on all the surfaces increases exponentially with temperature and shear stress, implying that this is a stress-augmented thermally activated (SATA) process. The presence of base oil molecules in the NEMD simulations decreases the shear stress, which in turn reduces the rate constant for TCP decomposition. The decomposition is much faster on iron surfaces than iron carbide, and particularly iron oxide. The activation energy, activation volume, and pre-exponential factor from the Bell model are similar on iron and iron carbide surfaces, but significantly differ for iron oxide surfaces. These findings provide new insights into the mechanochemical decomposition of TCP and have important implications for the design of novel lubricant additives for use in high-temperature and high-pressure environments.

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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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