论文标题：Plane Parallel Barrier Discharges for Carbon Dioxide Splitting: Influence of Discharge Arrangement on Carbon Monoxide Formation

论文链接：https://doi.org/10.3390/plasma6010013

期刊名：Plasma

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/plasma

二氧化碳转化技术是应对气候变化和实现碳中和的关键研究方向，从工业废气处理到可再生能源储存都有重要应用。在化学工程领域，多种等离子体技术，如介质阻挡放电和电弧放电，都被用于CO₂的活化与转化。这些技术在能源化工和环境保护中具有广阔前景，例如合成燃料生产、碳资源循环利用等。此外，大气化学中的放电现象也展现出独特的CO₂转化路径。来自德国莱布尼茨等离子体科学与技术研究所的罗尼·勃兰登堡教授及其团队在Plasma期刊发表最新研究，深入探讨了平行板介质阻挡放电系统中放电结构对CO₂裂解制一氧化碳的影响规律。

研究过程与结果

通过构建一套平行板介质阻挡放电(DBD)反应系统，研究人员深入分析了放电结构对CO₂裂解制一氧化碳的影响机制。实验采用双平行板电极构型，中间设置介电屏障层，通过精确调控电极间距(1-3mm)和介质材料特性来优化放电性能。放电特性采用改进的Lissajous图形法表征，以准确评估能量输入和转化效率。

平面平行体积 DBD 布置的草图

研究结果表明，CO₂转化效率主要取决于三个关键参数：放电功率密度(P)、气体停留时间(τ)以及等效电场强度(E/N)。通过建立参数关联图，可以预测系统可能的运行状态，包括低转化率区、最优转化区和副反应主导区。实验数据验证了理论模型的准确性，展示了不同参数组合下的系统表现，包括：1)低功率密度下的低效转化；2)最佳参数匹配时的高选择性CO生成；3)过载条件下的电弧放电和碳沉积现象。

特别值得注意的是，研究发现当采用脉冲电源模式且电极间距为2mm时，系统能实现CO选择性超过90%，能量效率达到35%的优异性能。这一结果通过质谱分析和气相色谱得到了充分验证。研究还揭示了等离子体-表面相互作用在抑制逆反应中的关键作用，为后续反应器优化提供了重要指导。

研究总结

本研究通过系统的实验研究和理论分析，深入探讨了平行板介质阻挡放电（DBD）体系中放电结构对二氧化碳裂解制一氧化碳过程的影响规律。研究结果表明，反应体系的转化效率和产物选择性可以通过三个关键运行参数（放电功率密度、气体停留时间和等效电场强度）进行有效调控，这些参数共同决定了系统处于低效转化、最优运行或副反应主导等不同状态。这些发现为开发高效等离子体催化二氧化碳转化系统提供了重要的设计依据。未来研究将着眼于拓展反应器构型设计，探索更复杂的多物理场耦合机制，并开发新型介电材料和电极结构，以进一步提升二氧化碳转化过程的能量效率和产物收率。

Plasma 期刊介绍

主编：Andrey Starikovskiy, Princeton University, Princeton, USA

Plasma (ISSN 2571-6182) 为等离子体科学各方面研究提供了一个先进的平台，例如等离子体物理、等离子体化学和空间等离子体。期刊旨在鼓励科学家尽可能详细地发表实验和理论结果。