冰表面自由基-自由基化学的量子力学模拟
星系天体物理
2022-03-30 v1
摘要
星际复杂有机分子（iCOMs）的形成是天体化学中的热点课题。试图重现观测的主要范式之一假设 iCOMs 是在覆盖星际尘埃颗粒的冰幔上作为自由基–自由基偶联反应的产物形成的。我们通过计算量子力学方法研究冰表面上的 iCOMs 形成。具体地，我们研究涉及 CH + X 体系（X = NH、CH、HCO、CHO、CHOH）与 HCO + Y（Y = HCO、CHO、CHOH），以及 CHOH + CHOH 和 CHO + CHO 体系的偶联与直接夺氢反应。我们通过基于由 33 和 18 个水分子构成的两个冰水模型的密度泛函理论（DFT）计算，算得了这些反应的活化能垒以及所有所研究自由基的束缚能。随后，利用反应活化能、脱附能与扩散能，通过 Eyring 方程估算各反应效率并推导动力学。我们发现表面上的自由基–自由基化学并非如通常假设般直接。某些情况下直接夺氢反应可与自由基–自由基偶联竞争，而其他情况下可能具有较大活化能。具体而言，我们发现（i）乙烷、甲胺与乙二醇是相关自由基–自由基反应唯一可能的产物；（ii）乙二醛、甲酸甲酯、乙醇醛、甲酰胺、二甲醚与乙醇的形成可能与各自的夺氢产物竞争；（iii）乙醛与过氧化二甲基似乎不是可能的颗粒表面产物。
引用
@article{arxiv.2201.10864,
title = {Quantum mechanical simulations of the radical-radical chemistry on icy surfaces},
author = {Joan Enrique-Romero and Albert Rimola and Ceccarelli and Piero Ugliengo and Nadia Balucani and Dimitrios Skouteris},
journal= {arXiv preprint arXiv:2201.10864},
year = {2022}
}
备注
46 pages, 15 figures. Accepted for publication in ApJs