为什么等离子体流使化学反应更有效

当与纳米催化剂结合时，一股等离子体可以导致化学反应比没有等离子体的情况下更快，更有选择性地，在更低的温度或更低的电压下进行 - 并且没有人真正知道原因。

利用计算机建模，密歇根大学的Juliusz Kruszelnicki研究了等离子体和嵌入陶瓷珠中的金属催化剂在填充床反应器中的相互作用。他发现，金属，珠子和气体一起产生等离子体，增强电场并局部加热催化剂，然后加速反应。

Kruszelnicki将在物理学会第71届年度气体电子会议和APS等离子体物理学会第60届年会上讨论这项工作，该会议将于下周11月5日至9日在波特兰的俄勒冈会议中心举行。

这些等离子体反应器具有巨大的潜力，可以通过“等离子体化学转化”使有价值的化学过程更有效和更具成本效益，例如消除空气污染，将二氧化碳转化为燃料并生产用于肥料的氨。

“将热催化系统与等离子体相结合，可以为生产化学产品提供新的途径，否则你可能无法或者可能以更高的效率生产化学产品，”Kruszelnicki说。

Kruszelnicki使用密歇根大学Mark J. Kushner实验室开发的先进多物理学代码模拟了等离子体和催化剂的相互作用。这些包括电磁学，表面化学，流体动力学和化学动力学等现象的模块。他建模了一个填充床反应器，这是一个装有陶瓷珠的管子，电流通过同心电极。当气体通过反应器时，催化剂使它们以特定方式反应，例如将氮气和氢气结合以产生氨。

Kruszelnicki发现，当珠子嵌入金属催化剂颗粒然后带电时，发生电子的场发射，这使得更高的等离子体密度成为可能。等离子体加热催化剂，这可以使化学反应更快更有效地进行，可能降低反应所需的施加功率。

“通过这种定位电场的过程，电子可以从金属颗粒的表面发射并开始等离子体，否则不会发生，”Kruszelnicki说。

通过模拟低温等离子体化学，Kruszelnicki和Kushner实验室的其他成员正在发现等离子体和催化剂协同工作的新方法，使等离子体化学转化比传统化学转化更有效。目前，他们正在与科学基金会的产业 - 大学合作研究中心计划合作，与公司合作，将这项研究转化为工业用途。他们还希望这些更高效的工艺能够与离网应用兼容，例如为使用太阳能的自给农民制造肥料。

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