Troposphäre (IEK-8)

Die Arbeitsgruppe untersucht schwerpunktmäßig gasförmige, reaktive Zwischenprodukte wie Radikale und Carbonyloxide (Alkoxyradikale, Alkylperoxyradikale, Criegee intermediates). Diese Moleküle unterliegen vielfältigen chemischen Reaktionen. Dazu gehören unimolekulare Zerfalls- und Umlagerungsreaktionen, sowie Reaktionen mit anderen atmosphärischen Verbindungen, welche zur Rekombination oder zur Bildung neuer Molekülfragmente führen. Die Konkurrenz zwischen all diesen Prozessen bestimmt das atmosphärische Schicksal einer gegebenen Verbindung, d.h. ob sie in kleinere Moleküle zerfällt, oder größere Moleküle und Partikel bildet. Der chemische Verlauf beeinflusst somit die Luftqualität und hat Bedeutung für Gesundheit und Klima.

Drei Ansätze werden von unserer Gruppe genutzt. Erstens werden wichtige Elementarreaktionen bezüglich ihres chemischen Verlaufs, ihrer Geschwindigkeit als Funktion der Reaktionsbedingungen (z.B. Temperatur und Druck) und ihrer Produkte untersucht. Zweitens studieren wir die umfangreichen, komplexen Abbaumechanismen der wichtigsten organischen Verbindungen, welche in die Atmosphäre emittiert werden. Dabei werden Netzwerke von Hunderten von Reaktionen Schritt für Schritt kinetisch untersucht und die Wechselwirkung mit anderen chemischen Verbindungen in der Atmosphäre studiert. Schließlich untersuchen wir mit theoretischen Methoden systematische Zusammenhänge zwischen Molekülstrukturen und ihrer chemischen Aktivität. Die daraus gewonnenen "Struktur-Aktivitäts-Beziehungen" (structure activity relationships, SARs) ermöglichen es für neue Moleküle strukturbasierte Vorhersagen zu machen. Diese Information wird für Modellstudien benötigt, die versuchen die Chemie vieler Tausender von Moleküle in der Atmosphäre explizit zu beschreiben.

Die theoretische Kinetik-Gruppe betreibt einen Computational-Cluster, der speziell für die Art der Berechnungen für unsere Forschung entworfen wurde. Einige Eigenschaften:

• Intel Xeon-basierte CPUs mit bis zu 28 Cores pro Knoten (Dual CPU); 230 Kerne insgesamt
• Bis zu 128 GB Arbeitsspeicher pro Knoten; 1,5 TB insgesamt
• Bis zu 5TB Hochgeschwindigkeitsfestplatte pro Knoten; 57TB Total Disk RAID
• Torque Ressourcenmanager + Maui Warteschlangensystem
• Quantenchemische und theoretische kinetische Anwendungen installiert

Der Cluster ist physisch im JSC (Jülich Supercomputing Center) untergebracht.

Efficient Production of Carbonyl Sulfide in the Low‐NOx Oxidation of Dimethyl Sulfide

Jernigan, C. M., Fite, C. H., Vereecken, L., Berkelhammer, M. B., Rollins, A. W., Rickly, P. S., Novelli, A., Taraborrelli, D., Holmes, C. D., and Bertram, T. H.

Geophysical Research Letters, 49, e2021GL096838, 2022

https://doi.org/10.1029/2021GL096838

Unimolecular and water reactions of oxygenated and unsaturated Criegee intermediates under atmospheric conditions

L. Vereecken, A. Novelli, A. Kiendler-Scharr, A. Wahner

Physical Chemistry Chemical Physics, 24, 6428 - 6443, 2022.

DOI: 10.1039/D1CP05877K

https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2022/CP/D1CP05877K

Estimation of mechanistic parameters in the gas-phase reactions of ozone with alkenes for use in automated mechanism construction

M. J. Newland, C. Mouchel-Vallon, R. Valorso, B. Aumont, L. Vereecken, M. E. Jenkin, A. R. Rickard

Atmos. Chem. Phys., 22, 6167–6195, 2022

DOI: acp-22-6167-2022

https://acp.copernicus.org/articles/22/6167/2022/