セルロースの初期熱分解メカニズムと製品形成：実験的および密度官能理論（DFT）研究

このホワイトペーパーでは、ガスクロマトグラフィマス分光測定のセットアップ（PY-GC/MS）および密度官能理論（DFT）理論と組み合わせた分析的ピロリザーを使用して、初期の熱分解メカニズムとセルロース熱分解の生成物形​​成メカニズムを明らかにしました。セルロースの熱分解プロセスを描写する実験的にベンチマークされた分子シミュレーションアプローチを実証しました。実験結果は、セルロース熱分解生成物が主にレボグルコサン（LG）、グリコラルデヒド（HAA）、5-ヒドロキシ灌流（5-HMF）などが組み込まれていることを示しました。セルロースとセロビオースの高速熱分解生成物の成分は、特定の製品の内容が異なっていますが、同一の傾向を実証しました。実験分析の基礎を築くと、セルロース熱分解の4つのカテゴリの反応経路がDFT理論を使用して概説されました。この経路は、セルロース熱分解の過程でLG、HAA、および5-HMF、および脱水反応を生成した経路です。また、さまざまな反応のエネルギー障壁を比較することにより、異なる反応の最適な経路が要約されました。推定されたセルロース熱分解反応経路は、セルロースの熱分解挙動を研究するための新しいアイデアを開きました。

In this paper, analytical pyrolyzer coupled with a gas chromatography-mass spectrometry set-up (Py-GC/MS) and density functional theory(DFT) theory was used to reveal the initial pyrolysis mechanism and product formation mechanism of cellulose pyrolysis. We demonstrated an experimentally benchmarked molecular simulation approach that delineates pyrolysis process of cellulose. Experimental results indicated that the cellulose pyrolysis products mostly incorporate levoglucosan (LG), glycolaldehyde (HAA), 5-hydroxyfurfural (5-HMF), and the like. The constituents of fast pyrolysis products of cellulose and cellobiose demonstrated the identical trend, although the contents of certain products are different. Laying the foundation of experimental analysis, the reaction pathways of four categories of cellulose pyrolysis were outlined using DFT theory; the pathways are those of generating LG, HAA, and 5-HMF and the dehydration reaction in the process of cellulose pyrolysis. Also, by comparing the energy barriers of various reactions, the optimal pathway of different reactions were summarized. The deduced cellulose pyrolysis reaction pathway opened up new ideas for studying the pyrolysis behavior of cellulose.