介质阻挡放电甲醇脱氢偶联一步合成乙二醇反应中氢气的催化作用

利用原位发射光谱表征和在线色谱分析,研究了甲醇介质阻挡放电脱氢偶联一步合成乙二醇反应中氢气的催化作用,考察了放电频率、甲醇和氢气进料量以及反应压力的影响.结果表明,在介质阻挡放电产生的非平衡等离子体中,H2不但能显著提高甲醇转化率,而且能显著提高乙二醇的选择性.在300°C,0.1 MPa,反应器注入功率为11 W,放电频率为12.0 k Hz,甲醇气体进料量为11.1 m L/min,氢气进料量为80–180 m L/min的条件下,甲醇转化率接近30%,乙二醇选择性大于75%.乙二醇收率与激发态氢原子的Hα谱线强度之间存在同增同减关系.由此推测,氢原子是起催化作用的活性氢物种.活性氢物种的生成途径是:基态氢分子通过与电子碰撞变成激发态,激发态氢分子通过第一激发态氢自动解离为基态氢原子.放电反应条件通过影响氢分子解离来影响氢气的催化作用.氢气在非平衡等离子体中显示的催化作用有可能为开辟新的化学合成途径提供重要机遇.     

大气压下甲烷火花放电制乙炔和合成气

用大气压下火花放电方法和发射光谱原位诊断技术, 对CH₄直接转化制乙炔和间接转化制合成气进行了研究, 并与介质阻挡放电进行了比较。结果表明, 火花放电具有能量效率高的突出优点, 能够高效地将CH₄活化成C原子、H原子和C₂等活泼物种。当CH₄单独进料时, 能得到以C₂H₂为主的烃类产物。当CH₄与CO₂和O₂共进料时, 能得到H₂/CO比值可调的合成气产物。在用火花放电转化CH₄和CO₂制合成气时, 添加O₂能够避免反应器的结炭问题, 反应温度只需225 ℃, 与常规催化法相比具有明显的低温优势。     

大气压非平衡等离子体甲烷干法重整零维数值模拟

大气压非平衡等离子体由于其独特的非平衡特性,可为甲烷和二氧化碳稳定温室气体分子活化和重整提供非热平衡和活化环境.本文采用了零维等离子体化学反应动力学模型,考虑了详细的CH₄/CO₂等离子体化学反应集,重点研究了反应气体CH₄/CO₂摩尔分数(5%—95%)对大气压非平衡等离子体甲烷干法重整制合成气和重要含氧化合物的影响.首先,给出了进料气体不同体积比时电子密度和温度随时间的演化规律,结果表明初始甲烷摩尔分数的提高有利于获得较高的电子密度和电子温度.随后,讨论了主要自由基和离子数密度在不同的甲烷摩尔分数下随着时间的变化规律,并给出了反应气体的转化率、合成气体和重要含氧化合物的选择性.此外,还明确了合成气和含氧化合物主要生成和损耗的化学反应路径,发现甲基和羟基是合成含氧化合物的关键中间体.最后,归纳总结给出了主要等离子体粒子之间的总体等离子体化学反应流程图.     

添加气对非平衡等离子体转化低碳烷烃的影响

在常压下,研究了添加气的种类(N2,He,Ar,H2,NH3,CO和CO2)对介质阻挡放电低碳烷烃(甲烷、乙烷和丙烷)转化制低碳烯烃的影响.结果表明,以甲烷或乙烷为原料时,N2,He,Ar和CO的引入有利于提高原料的转化率和总烯烃的选择性;而CO2,H2和NH3的引入对甲烷、乙烷的转化率无明显影响,但H2和NH3的引入会使总烯烃的选择性显著降低.以丙烷为原料时,所研究的添加气均可提高丙烷的转化率,而只有CO的引入可提高总烯烃选择性.综上所述,80%(摩尔分数)CO添加量最有利于低碳烷烃转化成低碳烯烃,对应的甲烷、乙烷和丙烷的转化率分别提高了14.4%,17.6%和42.8%,总烯烃的选择性分别提高了19.9%,25.0%和11.9%.以CH4为例,通过对放电电流波形和等离子体区物种的发射光谱(OES)研究发现,引入CO能显著增加等离子体的电子密度,并且体系中出现激发态O*物种(777.5和844.7 nm),这种O*物种能够促进C—H键的断裂,有利于烯烃的生成.因此,等离子体区电子密度的增加和激发态O*物种的出现可能是CH4-CO体系中CH4有效转化的主要原因.     

材料物性参数识别的梯度正则化方法

本文对梯度正则化方法（Ｇｒａｄｉｅｎｔ－Ｒｅｇｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ）作了进一步的研究,给出一种建立了梯度正则化迭代算法和选择正参数的简明实用方法。文中椭圆算子方程参数识别算例不仅说明了ＧＲ法具有广泛的适应性和一定的抗噪声能力,而且收敛速度较快,具有较大的收敛范围。     

(Na1/2Bi1/2)Cu3Ti4O12陶瓷的微观结构和电学性质

利用固相反应法在不同烧结温度条件下制备了一系列(Na_1/2Bi_1/2)Cu₃Ti₄O₁₂(NBCTO)陶瓷样品,研究了它们的晶体结构、微观组织结构、介电性质和复阻抗及其随温度的变化. 实验发现NBCTO陶瓷所呈现出的电学性质与CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷相应的电学性质非常类似. 烧结温度为990℃至1060℃范围的NBCTO陶瓷样品室 关键词： 高介电材料 介电性质 复阻抗 内阻挡层电容     

大气压等离子体辅助多晶硅薄膜化学气相沉积参数诊断

本文采用发射光谱法诊断了大气压下Ar气、SiCl₄及H₂气混合气体（Ar/SiCl₄/H₂）射频放电等离子体射流特性.利用Si原子谱线强度计算了电子激发温度并以此估算了Si原子数密度,研究了射频功率及气体流量对电子激发温度和Si原子数密度以及SiCl₄解离率的作用.     

非平衡等离子体放电模式及反应器结构对氨气分解制氢的影响

在常压下研究了不同等离子体放电模式及反应器结构对氨分解制氢反应的影响.实验中调节反应器结构分别产生了介质阻挡放电和交流弧放电两种放电模式.通过对两种放电模式的放电图像、电压-电流波形和氨分解过程中等离子体区活性物种的发射光谱(OES)研究发现,与介质阻挡放电相比,交流弧放电为局部强放电,具有更高的电源效率和电子密度.因此,在介质阻挡放电中氨气分子大部分通过生成电子激发态物种NH3*,再与载能电子碰撞断裂N―H键进行氨分解反应;而在交流弧放电中载能电子具有更高的平均电子能量,可直接断裂氨气分子的N―H键生成NH2和NH等高活性物种,促进氨分解反应的进行.结果表明,交流弧放电的氨分解效果要明显优于介质阻挡放电.在交流弧放电模式下不同类型反应器对氨气分解转化率由高到低的顺序为:管-管管-板针-板板-板.在输入功率为30 W,气隙间距为6 mm时,管-管交流弧放电的氨气转化率达到60%左右,而板-板介质阻挡放电的氨气转化率仅为4%.     

光谱诊断冷等离子体作用下甲烷转化机理的初步研究(英文)

冷等离子体是甲烷无氧活化制C2烃较为有效的技术手段之一,由于等离子体反应体系的复杂性,甲烷无氧活化制C2烃反应机理及过程尚不十分清楚。本文采用发射光谱原位诊断技术对冷等离子体作用下甲烷无氧活化制C2烃反应中若干激发态物种进行诊断研究,在250nm～670nm波长范围内检测到下列激发态物种:CH、C和C2。依据激发态物种检测结果、气相色谱反应产物分析结果及等离子体特性,推断了等离子体作用下甲烷无氧活化制C2烃的自由基反应历程。     

CH4或CH4+Ar介质阻挡放电中的离子能量和类金刚石膜制备

实验上，利用纯CH₄及CH₄+Ar在几百帕量级气压下的介质阻挡放电 制备类金刚石膜，研究了气压p与放电间隙d乘积(pd值)以及Ar的体积百分比R_Ar 对膜硬度的影响.理论上，从离子与气体分子的双体碰撞出发，利用较高折合电场强度E/n( 电场强度与粒子数密度之比)下离子及中性粒子速度分布的双温模型、离子在其他气体中运 动时遵守的朗之万方程及离子在混合气体中运动时遵守的布兰克法则，对CH⁺4和Ar⁺离子能量进行了分析.结果表明：1)CH₄介质阻挡 放电中，pd值由1.862×10³Pa mm降低至2.66×10²Pa mm时，CH+₄能量由5.4eV增加到163eV，类金刚石膜硬度由2.1GPa提高到17.6GPa ; 2) 保持总气压p=100Pa,放电间距d=5mm不变，在CH₄中加入Ar气，当R_Ar 由20％增加至83%时，CH⁺₄的能量由69eV增加到92eV,而Ar＋能量由93eV降低至72eV.虽然CH⁺₄能量增加有助于提高 沉积膜硬度，但当R_Ar大于67%，高强度Ar⁺轰击会导致膜表面石墨 化，膜硬度降低.为了验证离子能量理论模型的正确性，实验测量了H₂介质阻挡 放电中离子能量，测量结果与理论计算之间最大相对误差为16%. 关键词： 离子能量 介质阻挡放电 类金刚石膜