Watching the death of carbon nanoparticles, atom-by-atom

Swedish Research Council funded project.

Sot eller kimrök som det också kallas består av små kolpartiklar i nanostorlek. Sot bildas vid ofullständig förbränning av kolväten, det vill säga organiskt material. Sot är egentligen den del av bränslet som ej oxideras under förbränningen. De största utsläppen av sotpartiklar kommer från olika typer av förbränning, så som dieselmotorer, vulkanisk aktivitet och skogsbränder.

Sot är en aerosol vilket betyder att sotpartiklarna är så små, att istället för att falla till marken, stannar dom i luften och skapar en substans som liknar dimma, smog. Luftburen sot (smog) är både skadlig för hälsan och miljön. Den bidrar även till växthuseffekten. Utsläpp av sotpartiklar kan minskas genom att undertrycka dess bildning eller intensifiera förbränningen (oxidationen), vilket man ofta gör med hjälp av katalysatorer.

Syftet med det här projektet är att öka kunskapen om sotförbränning på atomnivå. Vid tidigare studier har samma forskargrupp använt sig av ett unikt elektronmikroskop vid Lunds Universitet för att titta på och spela in förbränningen samtidigt som själva oxideringen (förbränningen) av sotpartiklarna sker [Toth m.fl., Carbon 145 (2019) 149-160]. Detta resulterade i att för första gången kan forskarna se vad som händer på atomnivå vid oxidation av sot. Oxidation kan endast ske när syremolekylen når kolatomen, men kolatomer som ligger djupt in i en kolstruktur är svår att nå. Därför är
det lättare att oxidera kolatomerna som sitter på ytan av en kolstruktur. Den tidigare studien kunde därför visa hur detta går till samt att oxidationshastigheten beror på hur kolatomerna är placerade i sotpartiklarna.
Starkt uppmuntrad av den tidigare studien vill vi härmed gå vidare och undersöka hur olika askbildande element påverkar oxidationshastigheten för fundamentala kolstrukturer (grafen, diamant, fulleren och kolnanorör) samt för sotpartiklar. Innan oxidation sker kartläggs positionen av oorganiska element i kolstrukturen med mycket högupplöst (elektronenergiförlustspektroskopi.