燃焼系におけるラジカル錯体反応

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13127201
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 越 光男 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (20133085)
• 研究分担者: 戸野倉 賢一 東京大学, 環境安全研究センター, 助教授 (00260034) ; 三好 明 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (60229903)
• キーワード: 水素燃焼 / 連鎖反応 / 再結合反応 / 第三体効果 / 近赤外吸収 / 負イオン化質量分析

研究概要

水素や炭化水素燃焼の着火特性・燃焼限界を支配するHO_2の関与する反応の速度制御法の開発が必要とされている。このためにはHO_2の反応について、特に付加反応中間体の生成とその速度定数に対する影響、HO_2-H_2Oの直接観測を含め、その生成過程の速度論的実験・錯合体機構の示唆されている反応の速度定数の決定を主体にして、このような錯合体機構を実験的に検証することが重要である。
低温燃焼過程、大気中の炭化水素光酸化過程において重要な役割を果たす、CH_3O_2などのアルキルペルオキシラジカル(RO_2)についても、同様な錯合体機構の可能性がある。
本年度は、これらのラジカル錯体反応の詳細を調べるために昨年度開発したHO_2用の流通型高温反応装置を用い、特にHO_2+HO_2反応におけるH_2Oの添加効果を測定した。HO_2の近赤外領域の吸収は禁制遷移であり、吸収断面積は10^<-19>cm^2以下と小さい。微弱吸収において高感度計測が可能になるように本研究では周波数変調吸収分光法を用いた。本実験装置により、HO_2の検出限界を求めたところ10^<11>-10^<12>molecules cm^<-2>以下と従来の吸収分光法に比べ数桁程度高感度にHO_2を検出でき、高精度の反応速度論実験が実施できることが示された。この結果から、HO_2ラジカルの自己反応の速度定数を280-350Kにおいて測定した。水の添加により速度定数が加速されることが見出されたが、さらにH_2O添加によりHO_2の初期生成量が減少することも見出された。このHO2の現象はHO2-H2Oラジカル錯体の生成に起因する。HO_2減少量に基づいて、ラジカル錯体生成の平衡定数をはじめて実験的に求めることができた。
アルキルペルオキシラジカル(RO_2)については、前年度に引き続き負イオン化質量分析装置によりCH_3O_2、C_2H_5O_2+NO反応の速度定数の測定を行った。また、アルキルラジカルと酸素分子の生成物をGCMSにより直接検出し、反応機構を考察した。

研究成果

• [文献書誌] K.Tonokura, M.Koshi: "Cavity ring-down spectroscopy of the benzyl radical"J.Phys.Chem.A. 107. 4457-4461 (2003)
• [文献書誌] S.Ye, K.Tonokura, M.Koshi: "Theoretical Studies of Pressure Dependence of Phonon and Vibron Frequency Shifts of PETN"Science and Technology of Energetic Materials. 64. 201-207 (2003)
• [文献書誌] Q.Song, Y.Shibamori, M.Sadakata, M.Koshi: "Research on Homogeneous Oxidation of NO and SO2 in Flue Gas by Chain Reactions"Energy and Fuels. 17. 1549-1553 (2003)
• [文献書誌] K.Tonokura, T.Nakamura, M.Koshi: "Detection of Chlorobenzene Derivatives using Vacuum Ultra Violet using Single Photn Ionization Time-of-Flight mass spectrometry"Anal.Sci. 19. 1109-1113 (2003)
• [文献書誌] S.Ye, K.Tonokura, M.Koshi: "Energy Transfer Processes and Impact Sensitivities of Crystalline Explosives"Comb.Flame. 132. 240-246 (2003)
• [文献書誌] S.Ye, K.Tonokura, M.Koshi: "Vibron Dynamics in RDX, b-HMX and Tetryl Crystals"Chem.Phys.. 293. 1-8 (2003)