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CRAHCN-O:一种用于 CO、N、HO、CH 和 H 占主导的大气中氢氰酸和甲醛化学的一致简化大气混合化学网络氧气扩展。

CRAHCN-O: A Consistent Reduced Atmospheric Hybrid Chemical Network Oxygen Extension for Hydrogen Cyanide and Formaldehyde Chemistry in CO-, N-, HO-, CH-, and H-Dominated Atmospheres.

机构信息

Origins Institute and Department of Physics and Astronomy, McMaster University, ABB 241, 1280 Main Street, Hamilton, Ontario L8S 4M1, Canada.

Origins Institute and Department of Chemistry and Chemical Biology, McMaster University, ABB 156, 1280 Main Street, Hamilton, Ontario L8S 4M1, Canada.

出版信息

J Phys Chem A. 2020 Oct 15;124(41):8594-8606. doi: 10.1021/acs.jpca.0c06804. Epub 2020 Oct 1.

DOI:10.1021/acs.jpca.0c06804
PMID:32961050
Abstract

Hydrogen cyanide (HCN) and formaldehyde (HCO) are key precursors to biomolecules such as nucleobases and amino acids in planetary atmospheres. However, many reactions which produce and destroy these species in atmospheres containing CO and HO are still missing from the literature. We use a quantum chemistry approach to find these missing reactions and calculate their rate coefficients using canonical variational transition state theory and Rice-Ramsperger-Kassel-Marcus/master equation theory at the BHandHLYP/aug-cc-pVDZ level of theory. We calculate the rate coefficients for 126 total reactions and validate our calculations by comparing with experimental data in the 39% of available cases. Our calculated rate coefficients are most frequently within a factor of 2 of experimental values and generally always within an order of magnitude of these values. We discover 45 previously unknown reactions and identify 6 from this list that are most likely to dominate HCO and HCN production and destruction in planetary atmospheres. We highlight O + CH → HCO + H as a new key source and HCO + O → HCO + OH as a new key sink, for HCO in upper planetary atmospheres. In this effort, we develop an oxygen extension to our consistent reduced atmospheric hybrid chemical network (CRAHCN-O), building off our previously developed network for HCN production in N-, CH-, and H-dominated atmospheres (CRAHCN). This extension can be used to simulate both HCN and HCO production in atmospheres dominated by any of CO, N, HO, CH, and H.

摘要

氰化氢 (HCN) 和甲醛 (HCO) 是行星大气中核苷酸碱基和氨基酸等生物分子的关键前体。然而,许多在含有 CO 和 HO 的大气中产生和破坏这些物质的反应仍然在文献中缺失。我们使用量子化学方法来寻找这些缺失的反应,并使用正则变分过渡态理论和 Rice-Ramsperger-Kassel-Marcus/master 方程理论在 BHandHLYP/aug-cc-pVDZ 理论水平上计算它们的速率系数。我们计算了 126 总反应的速率系数,并通过在 39%的可用情况下将我们的计算与实验数据进行比较来验证我们的计算。我们计算的速率系数在实验值的 2 倍以内,通常在这些值的一个数量级内。我们发现了 45 个以前未知的反应,并从这个列表中确定了 6 个最有可能在行星大气中主导 HCO 和 HCN 产生和破坏的反应。我们强调 O + CH → HCO + H 是一种新的关键来源,HCO + O → HCO + OH 是一种新的关键汇,用于上层行星大气中的 HCO。在这项工作中,我们开发了一个氧气扩展到我们一致的简化大气混合化学网络 (CRAHCN-O),建立在我们以前开发的用于 N-、CH-和 H-主导大气中 HCN 产生的网络 (CRAHCN) 之上。这个扩展可以用于模拟由 CO、N、HO、CH 和 H 中的任何一种主导的大气中的 HCN 和 HCO 的产生。

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