Ammonia Evolution in Glycine Pyrolysis via Ionic-Pair Reaction Mechanisms

化学 热解 离子键合 甘氨酸 热分解 分解 相(物质) 反应机理 计算化学 有机化学 离子 生物化学 催化作用 氨基酸
作者
Jacopo Lupi,Thantip Roongcharoen,Luca Sementa,Francesca Cicogna,Alessandro Nanni,Alessandro Fortunelli
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (31): 28259-28267
标识
DOI:10.1021/jacs.5c08868
摘要

Amino acids are key contributors to nitrogenous emissions during biomass pyrolysis, yet the underlying reaction mechanisms governing their thermal degradation remain only partially understood. In this study, we combine systematic reaction path search algorithms with chemical insight and density functional theory (DFT) simulations to investigate the thermal decomposition of glycine (Gly), the simplest amino acid, with a focus on the formation of ammonia (NH3), a major precursor of environmentally harmful NOx species. We derive a comprehensive reaction network for the thermal decomposition of Gly. Notably, we show that, at variance with water (H2O) that can be generated via simple dimerization in the gas phase, NH3 evolution is kinetically unfavorable at moderate temperatures and low-pressure conditions, while it can proceed with much smaller barriers in the condensed phase via many-body mechanisms involving ionic-pair proton-exchange-driven polymerization pathways. Under such conditions, we predict that NH3 evolution competes with H2O formation, reconciling theoretical predictions with experimental observations.
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