Abstract
AbstractWechselwirkungen von Kohlenstoff‐Nanopartikeln mit Gasen sind von zentraler Bedeutung in vielen Umwelt‐ und Technik‐Prozessen, jedoch sind die zugrundeliegenden Reaktionskinetiken und ‐mechanismen nicht ausreichend gut verstanden. Hier untersuchen wir die Oxidation und Gasifizierung von Kohlenstoff‐Nanopartikeln durch NO2 und O2 unter Verbrennungsabgasbedingungen. Mit Hilfe eines umfassenden experimentellen Datensatzes und einem kinetischen Mehrschichtmodell (KM‐GAP‐CARBON), werden die Aufnahme und Freisetzung von Gasmolekülen sowie die zeitliche Entwicklung der Partikelgröße und Oberflächenzusammensetzung verfolgt. Die experimentellen Ergebnisse werden durch einen Modellmechanismus beschrieben, der verschiedene Arten von Kohlenstoffatomen (rand‐ und basalflächenartig) und die Bildung eines reaktiven Sauerstoff‐Intermediats (aktivierter CO‐Komplex) als geschwindigkeitsbestimmenden Schritt umfasst. Ein Übergang zwischen unterschiedlichen chemischen Regimen, welche bei niedrigeren Temperaturen durch die Reaktivität von NO2 und bei höheren Temperaturen durch die Reaktivität von O2 bestimmt sind, spiegelt sich in einem Anstieg der beobachtbaren Aktivierungsenergie von ~60 kJ/mol auf ~130 kJ/mol wider. Wir leiten Energieprofile für drei alternative Reaktionspfade ab, die die uni‐ oder bimolekulare Zersetzung von reaktiven Sauerstoff‐Intermediaten beinhalten.
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