不同温度下环保型HFO-1234ze（E）/CO₂混合气体分解机理

摘要

由于SF₆气体的温室效应，以C₄F₇N、C₅F₁₀O、C₆F₁₂O和HFO-1234ze（E）等气体为代表的新型环保替代气体得到了广泛的关注，但对于这些气体分子在局部过热或放电状态下导致设备内部温度升高时的分解机理还缺乏研究。为了进一步探究新型环保气体替代SF₆气体的可行性，本文以HFO-1234ze（E）分子为例，基于ReaxFF反应分子动力学方法和密度泛函理论，从微观层面模拟研究了HFO-1234ze（E）分子和不同温度下20%HFO-1234ze（E）/80%CO₂混合气体的分解现象。结果发现：HFO-1234ze（E）分子存在着7种不同的分解路径，且CO₂中的C=O会最先分解；而HFO-1234ze（E）中的C—F键和C=C双键焓值较高，断裂较为困难，随着温度的升高，发生分解的时间也越早。当温度低于2 000 K时，HFO-1234ze（E）/CO₂混合气体几乎都不会发生分解；当温度为2 000 K时，HFO-1234ze（E）分子不会发生分解，CO₂分子会迅速发生分解；当温度为2 600 K以上时，温度每上升2 000 K,HFO-1234ze（E）分子就会多分解5个左右，CO₂分子就会多分解35个左右，直到最后基本完全分解。混合气体主要分解产生CO、O₂、C₂O₂、HF、CF₄、C₂F₆、C₃F₆和C₃H₃F₃等各类自由基，其中：CO为有毒气体、HF为强腐蚀性气体，应采取措施对其含量进行监测；其他分解产物的化学性质均较为稳定且对环境无害，并仍然具有一定的绝缘能力。以上表明20%HFO-1234ze（E）和80%CO₂混合气体在一定程度上可以完全替代SF₆气体，这也为进一步研究其他新型环保混合气体提供了理论依据和工程指导。

关键词

环保型混合气体 / 密度泛函理论 / HFO-1234ze（E）/CO₂混合气体 / 分解机理