研究人员使用实验室方法实时测量自由基 推动制造更清洁的内燃机

盖世汽车讯 苯环（C6H6）是苯分子的结构，为平面正六边形，由6个碳原子和6个氢原子组成。近半个世纪以来，天体物理学家和有机化学家一直在寻找苯环 的起源。

天体物理学家表示，苯环可能是多环芳烃或多环芳烃的基本组成部分，多环芳烃是由垂死的富含碳的恒星爆炸形成的最基本的材料。这些环状物质最终会形成最早形式的碳。一些科学家称，这些分子前体与地球上最早的生命形成有关。但多环芳烃也会带来负面影响，如原油精炼厂背后的工业过程和燃气发动机的内部运作排放的多环芳烃会演变成烟灰等有毒空气污染物。

（图片来源：NASA）

早期宇宙中的恒星究竟是如何形成第一个苯环的？内燃机中将苯环转变为烟尘颗粒污染物的化学反应是如何发生的？长期以来，科学家们对这些问题一直很困惑。

据外媒报道，近期，劳伦斯伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory）、夏威夷大学马诺阿分校（University of Hawaii at Manoa）和佛罗里达国际大学（Florida International University）的研究人员首次使用实验室方法，在宇宙条件下，对自由基，即不稳定粒子，发生的反应进行了实时测量，推动基本碳原子和氢原子聚结成原始苯环。

研究人员表示，这种发现是了解宇宙如何随着碳化合物的增长而演化的关键。此外，它可以帮助汽车行业制造更清洁的内燃机。炔丙基自由基（C3H3）因易失去电子而具有极强的反应性，因此，几十年来，一直被认为与烟灰的形成有关。研究人员认为，重组两个炔丙基自由基（C3H3·+C3H3·）产生了第一个芳环苯。

此项研究是首次在天体化学和燃烧条件下演示“自由基炔丙基自反应”。研究人员使用一种高温、硬币大小的反应器“热喷嘴”，模拟了内燃机内部的高压高温环境以及土星卫星泰坦（Titan）富含碳氢化合物的大气，并从导向苯环的两个炔丙基自由基观察同分异构体的形成。其中，同分异构体是具有相同化学式但不同原子结构的分子。

10年前，伯克利实验室化学科学部的资深科学家Musahid Ahmed在伯克利实验室的高级光源（ALS）进行同步加速器实验中曾采用过热喷嘴技术。该技术依赖于真空紫外（VUV）光谱，可检测单个同分异构体。ALS是一种称为同步加速器的粒子加速器，可产生从红外线到X射线的极其明亮的光束。研究人员还使用该技术在大型多环芳烃和烟灰形成前阻止炔丙基自由基的自我反应（仅为几微秒）。

研究人员相信，该技术有助于未来生产出更清洁的内燃机。一些分析师表示，可能还需要25年才能使用电动汽车（EV）取代整个传统燃料汽车，因此拥有更高效的燃气发动机仍然很重要。此外，为飞机和混合动力电动汽车的燃气动力部件配备更清洁的内燃机也会有助于减少二氧化碳排放。