猪粪水热炭化中多组分转化机制的分子动力学研究：基于过程优化的分子动力学探索

本文推荐：本研究通过量子化学方法（DLPNO-CCSD(T)/cc-pVTZ//B3LYP-D3）构建了聚偏氟乙烯（PVDF）完整热解机理，揭示了HF消除反应主导的逐步分解路径（300-3000K），阐明了自由基（H/OH/O）驱动下β-C-C断裂生成H2/H2O的关键机制，为含氟聚合物/金属复合材料燃烧调控提供了理论依据。

　　

Highlight

本研究采用CH₃CF₂CH₂CF₂CH₂CHF₂作为PVDF模型分子，通过高精度量子化学计算揭示了其逐步分解的动力学奥秘。

Results and discussions

PVDF的阶梯式分解展现出有趣的"多米诺效应"：1,2-HF消除反应如同启动开关，在300-3000K温度范围内持续产生HF和氢氟烯烃。更有趣的是，当H/OH/O自由基"偷袭"PVDF侧链时，会触发β-C-C键的"精准断裂"，生成H₂、H₂O等小分子。迁移反应与HF消除反应就像默契的舞伴，共同推动PVDF向含多烯序列产物的转化。

Kinetic modeling simulation

我们建立的动力学模型包含35个物种和47个反应，就像给PVDF热解过程安装了"分子级监控摄像头"。CHEMKIN-PRO模拟显示，在1% PVDF/Ar体系中，HF的生成速率如同温度计，准确反映着反应进程的剧烈程度。

Conclusion

这项研究不仅绘制了PVDF热解的完整"分子地图"，更重要的是发现了HF消除反应与自由基攻击的"双引擎驱动"机制。这些发现为理解含氟聚合物在含能材料中的行为提供了新的"分子视角"，特别对铝/氟聚合物复合材料的点火性能优化具有重要指导意义。