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内燃机碳中和与排放控制

摘要

目前发动机排气中的N2O因其强温室效应而受到重点关注，但其复杂的均相与碳异相还原过程而导致其反应动力学机制并未明确。详细理解N2O反应动力学的基本机制是设计N2O高效控制技术策略的基础。为此，基于量子化学理论中的密度泛函理论（DFT）计算，从原子尺度理解碳与N2O之间氧化还原机理的详细反应途径。借助过渡态理论（TST）计算，获得N2O反应的动力学参数，构建了N2O气相分解分解、N2O-碳反应的化学动力学模型，并以实验值验证了模型的可靠性。研究表明，N2O-碳反应体系中，N2O是作为一种作为电子受体的氧化剂，而碳作为电子供体的还原剂。锯齿型与自由边缘碳原子结构活性比扶手椅结构更高，对N2O还原具有明显促进作用。碳烟中芘基的自由边碳位点可准确模拟N2O与碳的反应机理，可用标准的阿仑尼乌斯（Arrhenius）公式表示为k=4.48×103×T2.72×exp(-20100/RT) cm3mol-1s-1。这项研究提供了一个可准确描述N2O热分解、碳烟异相还原N2O的反应体系，可为柴油车尾气中强温室N2O与碳烟协同降解提供新思路。

关键词

柴油机;N2O气相热分解;N2O-碳异相还原;量子化学计算;动力学模型

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