2025年10月常州大学低碳清洁能源与安全高效燃烧科研团队孙运兰教授课题组2023级硕士研究生倪博在Computational and Theoretical Chemistry期刊发表了题为“Different pre-ignition reaction mechanisms for improving the combustion of fluoropolymers, containing different fluorine contents with aluminum particles”的研究论文。

一、文章简介

纳米Al(Al NPs)因其高热值、高能量密度，被广泛应用于固体推进剂中。然而Al粉在燃烧过程中极易发生团聚。氟的电负性最强。利用氟聚物改性Al粉燃烧是目前的主要手段。然而，当前的研究主要针对于单一氟聚物对Al粉的改性，人们对于不同氟含量的氟聚物促进Al NPs燃烧的微观反应机理缺乏进一步的研究。因此，在本文中作者利用ReaxFF-MD方法结合点火实验研究了不同氟含量的氟聚物(PTFE、THV、PVDF)与Al NPs的燃烧过程。研究发现对于不含H的PTFE，F原子从氟聚物分子链主链上脱离后，直接与氧化层反应生成AlxFy或者AlxOyFz物质，为PIR1反应。对于含H的PVDF、THV，F原子和H原子会与氧化层发生协同反应，生成AlxFyHz或者AlxOyFzHn物质，为PIR2反应。这从微观上阐明了不同氟聚物与Al NPs的预点火反应机理。在燃烧过程中，高氟聚物质量比和高氟含量能够更加有效地促进Al NPs的燃烧，降低更多的反应能垒并释放出更多的能量，更有效地减少Al NPs在燃烧过程中的团聚现象。这些结果从原子水平上揭示了不同氟含量的氟聚物对Al NPs在燃烧过程中的改性促进作用，为Al NPs/氟聚物在固体推进剂中进一步应用奠定了基础。

该论文第一作者倪博是常州大学2023级动力工程及工程热物理专业硕士研究生，常州大学孙运兰教授为通讯作者，常州大学是第一作者和通讯作者单位。该研究成果得到了国家自然科学基金面上项目资助！

二、作者简介

倪博，男，汉族，中共党员，河南洛阳人。2019年考入常州大学石油与天然气工程学院能源与动力工程专业，2023年起继续攻读动力工程及工程热物理学术硕士学位，师从孙运兰教授，主要研究方向为含氟聚合物改性铝粉提升其点火燃烧性能及抑制铝粉团聚。以第一作者身份发表SCI一区TOP论文及三区论文各一篇，获第十三届中国颗粒大会“优秀墙报”等荣誉。

三、英文摘要

The use of fluoropolymers to modify Aluminum (Al) powder has been demonstrated to improve the combustion efficiency. Different fluoropolymers have been observed to exert varying effects, but the reason remains unknown, so this work employs the ReaxFF-MD method combined with ignition experiments to examine the interaction process between PTFE, PVDF, THV and nano-sized Al particles (ns-Al). The pre-ignition reaction (PIR) mechanism of different fluoropolymers with ns-Al is distinct. For PTFE without H, its F atoms directly react with the oxide layer to form Al_xF_y or Al_xO_yF_z. This is referred to as PIR1. In H-containing PVDF and THV, the reaction between F atoms and H atoms with the oxide layer generates Al_xF_yH_z or Al_xO_yF_zH_n, which is classified as PIR2. The two PIR mechanisms exhibit notable differences. These results reveal the difference in the promotion of ns-Al ignition and combustion by fluoropolymers with different fluorine contents at the atomic level.

四、Graphical Abstract：

五、原文链接：https://doi.org/10.1016/j.comptc.2025.115522