As nanoestruturas de carbono que se formaram em envelopes circunstelares ao redor de estrelas ricas em carbono podem ter uma origem química compartilhada com partículas de fuligem produzidas pela combustão de combustível. O mesmo mecanismo de reação pode sustentar cada processo, mostraram os pesquisadores da KAUST. O mecanismo proposto também pode levar a métodos aprimorados para fabricação de nanomateriais de carbono.
Acredita-se que a formação de nanopartículas ricas em carbono – seja de natureza interestelar ou combustiva – dependa de compostos chamados hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs), que são semelhantes a aglomerados de anéis de benzeno fundidos mantidos juntos por ligações pi carbono-carbono compartilhadas. Vários mecanismos foram propostos para explicar como os PAHs podem se combinar com outras moléculas de carbono para se transformar em fuligem e nanopartículas de carbono relacionadas.

"Todos esses estudos, no entanto, são insuficientes para explicar o surgimento de 'hidrocarbonetos aromáticos pericondensados' com apenas ligações pi entre os átomos de carbono, que podem estar presentes em grandes quantidades em chamas", diz Hanfeng Jin, pós-doutorando na Aamir Farooq's. laboratórios, que liderou a pesquisa. "Nós propusemos um novo mecanismo que explica a nucleação de hidrocarbonetos aromáticos pericondensados."

A equipe mostrou que a nucleação de hidrocarbonetos aromáticos pericondensados ​​pode ser explicada por reações entre moléculas de arila aromática e fenilacetileno, por meio de um mecanismo de adição de fenilacetileno de abstração de hidrogênio (HAPaA). "O fenilacetileno é facilmente formado e pode estar presente em quantidades consideráveis ​​em chamas", explica Jin. Tanto o benzeno quanto o acetileno, precursores do fenilacetileno, são conhecidos por serem intermediários cruciais em astroquímica e química de combustão, acrescenta.

Os pesquisadores usaram cálculos químicos quânticos para mostrar que hidrocarbonetos aromáticos pericondensados ​​podem crescer pela adição de fenilacetileno a estruturas em forma de zig-zag e poltrona ao redor da periferia da molécula de aril. A etapa inicial do mecanismo HAPaA não tem barreira de energia, por isso é igualmente relevante tanto para a química interestelar de baixa temperatura quanto para a combustão de alta temperatura.

Os intermediários e produtos da reação HAPaA previstos pela teoria foram confirmados experimentalmente usando espectrometria de massa de feixe molecular de fotoionização ultravioleta a vácuo síncrotron de última geração, diz Jin. O mecanismo HAPaA também foi aplicável a análogos moleculares maiores de fenilacetileno, permitindo ciclos repetidos de agrupamento de PAH em direção à formação de nanopartículas carbonáceas.

"A beleza do nosso mecanismo proposto, em comparação com os caminhos tradicionais de formação e crescimento de PAH, é que é universalmente aplicável", diz Farooq. “Esse entendimento mecanicista nos ajudaria a limitar a formação de partículas de fuligem de sistemas de combustão, por exemplo, usando compostos químicos que suprimem zig-zag e periferias de poltrona, o que aumenta a eficiência do mecanismo HAPaA”, diz ele. "Da mesma forma, nosso mecanismo proposto pode ser usado para aumentar a fidelidade dos modelos usados ​​para prever a evolução do carbono na mídia interestelar."

O estudo aparece no Journal of the American Chemical Society . + Explorar mais

Uma mudança radical para vincular a formação de fuligem e a evolução interestelar