电离放电化学的研究趋势.pdfVIP

维普资讯 电离放 电化学的研究趋势 * 依成武 白希尧 胡又平 周建刚 (大连海事大学环境工程研究所 ，大连，116026) 摘要 概述了电离放 电化学研究现状与发展趋势，认为今后的发展方向是应用特种新工艺实施高气压强电离放 电方 法，激励气体分子分解、电离成离子、原子、激发态原子(及分子)和 自由基等，按预定模型合成新物质、新分子，使常规 难 以进行的化学反应得以进行或加速进行。并举例说明了强电离放 电化学在化学工业、环境工程和材料工业等方面 将具有极其广 阔的应用前景 。 关键词 强电离放 电 非平衡等离子体 化学定向反应 利用外加电场可 以有效地把能量直接传递给反 学科的前沿研究课题D,2]。 应体系中的气体分子，发生气体放 电，产生非平衡等 Ⅱ 电离放电化学的研究趋势 离子体 ，并可应用于某些化学反应过程 。为了传递给 气体分子足 以能够进行化学反应 的能量 ，通常是在低 1988年 Boenig等人 3【J在辉光放 电条件下成功合 气压(O．00133—1．33kPa)条件下进行的，它只能进行 成微 量 的 N2H4(联 氨)、H202。1990年 Maemno等 稀薄气体的等离子体化学反应。可用射频 (13．56 人L4J，在压力为0．08kPa、Ar作为活化剂的条件下，研 MHz)、微波 (2450MHz)和直流高压激发辉光放电的 究利用直流火焰状 电晕放 电，将 CO2浓度 由 1O％降 方法 ，直接 向反应体系中的气体分子传递能量。作为 至 8％。1991年 Eiasson等人 报导了等离子体合成 一 种直接 向反应体系施加能量的方法，已在等离子体 N 研究。1994年 Tanaka等人 6【J在低压 650Pa、高温 化学合成与分解、溅射制膜、气相淀积、聚合与引发聚 620K及 100根铁丝的催化剂作用下 ，利用微波或射 合、材料表面改性、沉积刻蚀和低温灰化等方面应用， 频放电，将 N2、H2分解、电离，经 2h后合成浓度为 取得了引人瞩 目的应用效果 。但是 由于化学反应受 1．5mmol／g的 NH3。2000年 Zhang等人 7【J应用辉光 到 “小能量”、“高浓度”条件制约，以致于 向气体反应 放电方法 ，在 850℃以及 Ni／a—Al2th催化剂作用下 ， 体系传递能量是相当困难的，一些需要特大活化能的 使 cH4合成的转化率达到98．2％。由于它们必须在 化学反应很难实现 。大多数工业应用需在常压或加 低气压条件下电子才能取得满足化学反应所需要的 压(高气体浓度)高质量流量条件下进行的，尤其在化 能量 ，为此需要有真空系统和具有严格密封 的真空罩 学工业、环境工程和材料工业等方面都不具备在低气 反应器，其工艺过程复杂，反应物的收率和产率极低 ， 压条件下进行化学反应的技术条件。因此，在高气压 加之反应时只能注入微量的稀薄反应气体，故不能进 条件下产生非平衡等离子体的强 电离放 电化学研究， 行高浓度气相之间或气相一固相之间的化学反应 ，所 将成为气体 电子学、气体放 电物理学、单分子化学等 以前期的非平衡等离子体化学是在低气压、低质量流 *国家 自然科学基金重点资助项 目(60031OO1)；国家 自然科学基金资助项 目(698710o2)． 维普资讯 I囝目田 2003年第17卷第6期 化工纵横(CommentsReviewsniC．I．) 量条件下进行的，它只适用于研究等离子体化学反应 发生 电离 、分解、分解 电离、分解 附着等一系列反应 ， 过程 ，成为一种重要实验手段[1、7】。 在反应腔体内存在大量的光子、电子、离子