金属催化对航空燃油热氧化的影响机制及缓解策略研究

【编辑推荐】本综述系统阐述了金属（尤其是Cu、Mn、Fe、Zn等过渡金属）对航空燃油热氧化稳定性的催化机制，揭示了金属促进自由基链式反应、生成胶质（gums）和沉积物的分子路径，并探讨了密度泛函理论（DFT）、计算流体力学（CFD）等模拟方法在解析金属-燃料相互作用中的应用。针对金属催化氧化问题，提出了预氧化处理、惰性涂层（inert coating）和金属钝化剂（metal passivator）等创新缓解策略，为提升航空燃料系统可靠性提供理论支撑。

　　

亮点

金属催化氧化燃油机制与缓解策略

金属催化燃油氧化机制

当燃油流经燃料系统或长期储存时，金属表面活性位点会与燃油分子发生多相催化反应，引发自由基链式反应（free radical chain reaction），加剧燃油氧化。金属溶解进入燃油后，通过价态变化（如Cu²⁺/Cu⁺循环）促进氢过氧化物（RO₂H）分解，生成酮类、醛类等不溶物前体。

研究方法

结合密度泛函理论（DFT）模拟金属电子轨道与燃油分子的相互作用，以及计算流体力学（CFD）追踪氧化产物在管道中的分布，构建了"金属-氧-燃油"多尺度反应模型。实验采用高温高压反应釜模拟发动机环境，通过气相色谱（GC-MS）分析沉积物组成。

金属-燃油氧化稳定性影响因素

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  金属类型：过渡金属（如Cu）催化活性显著高于不锈钢

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  热应力：温度每升高10°C，沉积速率增加2-3倍

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  极性分子：含硫化合物会与金属形成配位键，加速电子转移

缓解金属影响的策略

1. 1.

   预氧化处理：通过可控氧化消耗燃油中溶解氧

2. 2.

   惰性涂层：在金属表面喷涂氮化硅（Si₃N₄）隔绝催化活性位点

3. 3.

   金属钝化剂：添加苯并三唑类化合物与金属离子螯合

结论与展望

尽管金属催化燃油氧化的SMORS（表面金属氧化反应位点）机制尚未完全阐明，但DFT和CFD的联合应用为预测燃油氧化行为提供了新工具。未来可开发智能响应型钝化剂，在高温下动态释放活性成分，实现金属催化效应的精准抑制。