Исследование ученых поможет объяснить, как во Вселенной появляется строительный материал для планет

Международный коллектив ученых предложил последовательность преобразований стартующих от химического соединения — молекулы трифенилина — к наночастицам графена, саже и углеродной пыли, являющимися строительным материалом для большой части метеоритов.

Коллектив ученых Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королева, Международного университета Флориды, Гавайского университета и Национальной лаборатории имени Лоуренса (Беркли) предложил и в ходе эксперимента подтвердил механизмы образования первичного строительного блока для части метеоритов и планет — молекулы трифенилина. Результаты исследования опубликованы в статье "Gas-Phase Synthesis of Triphenylene (C₁₈H₁₂)" и помещены на обложку высокорейтингого журнала ChemPhysChem.

Трифенилин является ключевым элементом, вокруг которого формируется более крупные графеноподобные структуры. Его молекулы постепенно "слипаются" в слоеные наночастицы. Последние, сталкиваясь друг с другом, соединяются в частицы сажи и углеродной пыли. Благодаря силе притяжения пыль собирается в простейшие метеориты — углистые хондриты, а затем в другие, более крупные небесные тела, в том числе планеты.

Эту гипотезу подтвердили квантово-механические расчеты, проведенные коллективом ученых Самарского университета из научно-исследовательской лаборатории "Физика и химия горения", созданной при поддержке мегагранта правительства России "Разработки физически обоснованных моделей горения" (грант № 14.Y26.31.0020). Целью исследований является изучение механизмов образования вредных веществ в камерах сгорания, к которым относятся полиароматические углеводороды (ПАУ), наночастицы и сажа. 

"По сути, мы нашли один из стартовых механизмов реакций, запускающих процесс образования наночастиц, сажи и углеродной пыли как в камерах сгорания двигателей, так и в молекулярных облаках галактик", — говорит руководитель лаборатории "Физика и химия горения" Самарского университета, профессор Международного университета Флориды Александр Мебель. 

Расчеты показали, что процесс формирования трифенилина может протекать не только в пламенах при высоких температурах, но и в условиях сверхнизких температур в межзвездном пространстве, запуская механизм роста плоских полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) вплоть до наноразмерных частиц. Кроме того, как показывает анализ частиц сажи и залетевших на Землю из космоса углистых хондридов, в их составе содержится весь спектр частиц — начиная от простейших ПАУ до наночастиц графена.

"Наша работа вызвала широкий интерес у научного сообщества не только потому, что мы нашли механизм образования молекулы трифенилина, но и определили все кинетические константы процессов задействованных в этой реакции", — добавил Александр Мебель. По этой причине полученные в ходе исследования данные, уверен профессор Международного университета Флориды, будут востребованы как инженерами-разработчиками для создания экологичных камер сгорания авиационных и автомобильных двигателей, работающих на углеводородных топливах, так и учеными, которые исследуют процессы формирования различных галактических макроструктур из атомно-молекулярных скоплений. 

Для справки

Трифенилен — это полициклический ароматический углеводород, состоящий из четырёх бензольных колец. В рамках исследования международный коллектив ученых показал, как рождается более сложное соединение молекул — трифенилин в реакции фенантренил радикала с винилацетиленом. 

ChemPhysChem — один из ведущих междисциплинарных журналов по физической химии и химической физике. По данным Scimago Journal Rank, журнал имеет самый высокий квартиль Q1 по всем научным областям, определяемым в базе: Chemistry, Physics and Astronomy. По данным Journal Citation Reports, в 2017 году импакт-фактор журнала составил 2.947.