Insights into the Peroxide-Bicyclic Intermediate Pathway of Aromatic Photooxidation: Experimental Yields and NOx-Dependency of Ring-Opening and Ring-Retaining Products

双环分子 化学 过氧化物 激进的 甲苯 芳香性 烷基苯 戒指(化学) 光化学 氮氧化物 反应机理 药物化学 有机化学 催化作用 分子 燃烧
作者
Shuyu He,Ying Liu,Mengdi Song,Xin Li,Sihua Lü,Tianzeng Chen,Yujing Mu,Shengrong Lou,Xiaodi Shi,Xinghua Qiu,Tong Zhu,Yuanhang Zhang
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:57 (49): 20657-20668
标识
DOI:10.1021/acs.est.3c05304
摘要

Aromatic hydrocarbons are important contributors to the formation of ozone and secondary organic aerosols in urban environments. The different parallel pathways in aromatic oxidation, however, remain inadequately understood. Here, we investigated the production yields and chemical distributions of gas-phase tracer products during the photooxidation of alkylbenzenes at atmospheric OH levels with NOx present using high-resolution mass spectrometers. The peroxide-bicyclic intermediate pathway emerged as the major pathway in aromatic oxidation, accounting for 52.1 ± 12.6%, 66.1 ± 16.6%, and 81.4 ± 24.3% of the total OH oxidation of toluene, m-xylene, and 1,3,5-trimethylbenzene, respectively. Notably, the yields of bicyclic nitrates produced from the reactions of bicyclic peroxy radicals (BPRs) with NO were considerably lower (3–5 times) than what the current mechanism predicted. Alongside traditional ring-opening products formed through the bicyclic pathway (dicarbonyls and furanones), we identified a significant proportion of carbonyl olefinic acids generated via the 1,5-aldehydic H-shift occurring in subsequent reactions of BPRs + NO, contributing 4–7% of the carbon flow in aromatic oxidation. Moreover, the observed NOx-dependencies of ring-opening and ring-retaining product yields provide insights into the competitive nature of reactions involving BPRs with NO, HO2, and RO2, which determine the refined product distributions and offer an explanation for the discrepancies between the experimental and model-based results.

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