等离子体催化入门(一)——等离子体是什么

发布网友发布时间：2024-10-23 02:48

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热心网友时间：2024-10-23 02:51

本系列将分为四个部分：等离子体的定义、等离子体催化效应、等离子体反应器以及等离子体建模简介，以帮助大家了解等离子体催化。

首先，我要声明，我是化学系的本科生，对等离子体的了解可能有限。如果需要更深入的了解，建议查阅物理区的相关介绍。

等离子体催化是一个交叉学科的新领域，既有化学系的学者进行研究，也有物理系的学者参与。两者的研究风格差异明显，感兴趣的朋友可以在web of science上搜索相关文献。

1. 等离子体是什么？

等离子体常被视为物质的第四态，但并非简单的电离气体。它是由保持电中性的电离物质组成的，是物质的一种高能状态。其中阴离子和阳离子的电荷量相等，这就是物理学上的“等离子体”。

但实际上，有些并未实现“等离子”的物质状态也被称为等离子体，如电子等离子体、胶子-夸克等离子体等。成为等离子体需要满足三个条件：德拜长度与系统尺度相比足够小，带电粒子之间的距离必须足够接近；所描述的尺度必须远大于德拜长度，负电荷之间的排斥力会抵消正电荷的吸引力；等离子体振荡是指小范围内出现正负电荷分离，其振荡频率称为“等离子体频率”，必须高于粒子碰撞率。

2. 常见的等离子体

在等离子体催化领域中，我们主要关注气体放电，即所谓的“电离气体”。等离子体按照电离程度可以分为高温等离子体和低温等离子体，而等离子体催化只关心低温等离子体。低温等离子体又可以分为热等离子体和非热等离子体。

3. 等离子体的应用

等离子体在许多领域都有应用，如挥发性有机化合物(VOC)分解、NOx和SOx去除、臭氧生成、表面处理、氢气形成、燃料重整和生物医学用途等。特别是在20世纪80年代中期和90年代，放电等离子体在环境处理技术中的应用成为一个重要的研究课题。