近日，我校能源環境與安全工程學院能源動力研究所徐江榮教授和徐旭教授與浙江大學熱能工程研究所張浩特聘副研究員、上海交通大學周忠岳副教授等合作，在國際燃燒學會主辦的燃燒領域國際權威期刊《Proceedings of the Combustion Institute》發表題為“Insight into the competitive reaction mechanism of polyethylene terephthalate (PET) pyrolysis by ReaxFF-based reactive molecular dynamics simulation”的研究論文（DOI: https://doi.org/10.1016/j.proci.2024.105462）。這是《Proceedings of the Combustion Institute》首次刊發以我校為第一完成單位的論文，論文第一作者為2022級碩士研究生馮時。

本研究采用反應力場分子動力學(ReaxFF MD)模擬，結合熱解-氣相色譜-質譜(Py-GC-MS)實驗結果，揭示了PET的熱解機制。此外，通過建立基于產物分布的數學模型，首次量化了均溶解理和協同反應之間隨時間和溫度變化的演化趨勢，為深入探究PET熱解機理和建立詳細的動力學模型提供了重要信息。

圖 1 ：在3500K下等溫熱解過程中PET的分子結構:(a) 20 ps;(b) 200 ps

Py-GC-MS實驗結果表明，PET熱解生成的主要揮發物包括芳香酸，如苯甲酸和4-甲酰苯甲酸，以及乙醛和二氧化碳等含碳化合物。本研究還給出了不同碳數范圍內產物分布的時間演變動力學模擬結果，進一步探明了PET熱解產物的形成機制，。

圖 2 ：PET在不同溫度下的Py-GC-MS結果產物分布(a) 類別;(b) 碳數;(c) 環數

圖 3 ：熱解模擬中含碳化合物占總質量的比例:(a) C1-C4;(b) C5-C10;(c) C11-C20;(d) C20+

本研究還量化了PET熱解過程中均裂、協同和交聯三種反應途徑的時間演化關系。早期以均裂反應為主，占總反應的67.2%。隨著熱解的進行，以β-順式消除為主的協同反應出現，中期約占22.8%，后期約占30%。在這些階段中，均裂反應占29.9%和21.0%，交聯反應占47.3%和49.0%。相關研究為PET熱解機理解析和動力學模型構建提供了重要信息。

圖 4 ：自由基數量(a)和質量(b)的演化以及均裂、協同和交聯反應之間的定量關系(c)

相關研究結果將在第40屆國際燃燒會議上以口頭報告的形式宣讀。國際燃燒會議由國際燃燒學會每兩年主辦一次，被譽為燃燒界的“奧林匹克”，是燃燒科學與技術領域規模最大、影響力最強、水平最高的學術會議。今年的國際燃燒會議將于2024年7月21日至26日在意大利的米蘭市召開。

全文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1540748924002700