近日，我校能源环境与安全工程学院能源动力研究所徐江荣教授和徐旭教授与浙江大学热能工程研究所张浩特聘副研究员、上海交通大学周忠岳副教授等合作，在国际燃烧学会主办的燃烧领域国际权威期刊《Proceedings of the Combustion Institute》发表题为“Insight into the competitive reaction mechanism of polyethylene terephthalate (PET) pyrolysis by ReaxFF-based reactive molecular dynamics simulation”的研究论文（DOI: https://doi.org/10.1016/j.proci.2024.105462）。这是《Proceedings of the Combustion Institute》首次刊发以我校为第一完成单位的论文，论文第一作者为2022级硕士研究生冯时。

本研究采用反应力场分子动力学(ReaxFF MD)模拟，结合热解-气相色谱-质谱(Py-GC-MS)实验结果，揭示了PET的热解机制。此外，通过建立基于产物分布的数学模型，首次量化了均溶解理和协同反应之间随时间和温度变化的演化趋势，为深入探究PET热解机理和建立详细的动力学模型提供了重要信息。

图 1 ：在3500K下等温热解过程中PET的分子结构:(a) 20 ps;(b) 200 ps

Py-GC-MS实验结果表明，PET热解生成的主要挥发物包括芳香酸，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。本研究还给出了不同碳数范围内产物分布的时间演变动力学模拟结果，进一步探明了PET热解产物的形成机制，。

图 2 ：PET在不同温度下的Py-GC-MS结果产物分布(a) 类别;(b) 碳数;(c) 环数

图 3 ：热解模拟中含碳化合物占总质量的比例:(a) C1-C4;(b) C5-C10;(c) C11-C20;(d) C20+

本研究还量化了PET热解过程中均裂、协同和交联三种反应途径的时间演化关系。早期以均裂反应为主，占总反应的67.2%。随着热解的进行，以β-顺式消除为主的协同反应出现，中期约占22.8%，后期约占30%。在这些阶段中，均裂反应占29.9%和21.0%，交联反应占47.3%和49.0%。相关研究为PET热解机理解析和动力学模型构建提供了重要信息。

图 4 ：自由基数量(a)和质量(b)的演化以及均裂、协同和交联反应之间的定量关系(c)

相关研究结果将在第40届国际燃烧会议上以口头报告的形式宣读。国际燃烧会议由国际燃烧学会每两年主办一次，被誉为燃烧界的“奥林匹克”，是燃烧科学与技术领域规模最大、影响力最强、水平最高的学术会议。今年的国际燃烧会议将于2024年7月21日至26日在意大利的米兰市召开。

全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1540748924002700