原子スケールで煙煤の熱分解過程におけるメタン（CH₄）生成機構を解明し、従来の実験手法では反応前駆体や微細反応経路を捉えることが困難である点を補うため、本研究では熱重量可変半導体レーザー吸収分光法（TG-TDLAS）実験と反応性分子動力学シミュレーション（ReaxFF MD）を併用した手法を採用した。まず、TG-TDLAS実験によりCH₄生成のマクロな温度依存性および動力学挙動を取得した。次に、煙煤サンプルの元素分析、赤外分光法、¹³C核磁気共鳴分析に基づいて煙煤分子モデル（C₃₀₉H₂₀₃N₃O₁₈）を構築し、ReaxFF MDシミュレーションを用いて異なる温度におけるCH₃ラジカルの解裂、 水素移動およびCH₄生成の動的反応過程を解析した。結果は、CH₄生成が主に450～750 ℃に集中し、ピークは約600 ℃であることを示した。シミュレーションは、側鎖CH₃が約1100 Kで解裂してラジカルを生成し、その後隣接する水素原子を取り込みCH₄に変換され、2500 Kでピークに達する微視的機構を明らかにした。両者は生成傾向において高い一致を示した。結論として、本手法はマクロ・ミクロの両面からCH₄の生成が前駆体の解裂と水素奪取の平衡プロセスに由来することを体系的に示し、ReaxFF MDが複雑な煤の熱分解反応ネットワークにおける中間体挙動を解明する独自の利点を検証し、石炭の自然発火、解裂経路およびエネルギー変換効率向上の理解に理論的根拠を提供する。

ReaxFF MD;熱分解;煤分子モデル;CH₄