纳米铝颗粒在二氧化碳气氛下燃烧的反应分子动力学研究

为研究核壳结构纳米铝颗粒(ANP)在CO₂气氛下加热与燃烧的过程，采用反应分子动力学方法 (ReaxFF MD)对原子扩散过程进行研究。加热前期，在热膨胀与电场力作用下，核心处的铝原子与壳层的氧原子间相互扩散，在ANP内部形成空腔；加热中后期，ANP在电场力与浓度梯度作用下，转变为均匀分布的亚氧化物(AlO,Al₂O等)。分析原子间化学键以及产物数量的变化趋势发现，未氧化的铝原子会抑制一氧化碳的产生。当CO₂进入ANP时，发生2Al+CO₂=Al₂OC+O反应，产生中间产物，游离的O原子优先氧化未反应的铝原子。当铝原子消耗殆尽后，亚氧化物与中间产物分别发生AlO+CO₂=AlO₂+CO和Al₂OC+2AlO₂=4AlO+CO反应产生CO。研究揭示了ANP在CO₂气氛下加热与燃烧阶段的微观反应机理，为Al/CO₂反应体系在火星探测领域的应用提供理论依...