【《等离子体技术研究的国内外文献综述》2800字】

等离子体技术研究的国内外文献综述1.1等离子体理论基础等离子体处理是改善LDHs催化性能的一种简单、经济的方法，等离子体处理可以对LDHs进行元素掺杂、引入氧空位、剥离等。等离子体是一种具有高活性且高电子温度的混合离子组成的混合物，它是由分子、离子、电子、光子等粒子组成，这是与传统的气体不同的。(Holländer,etal.,1999,Jeong,etal.,1998,Schell,etal.,2001)。等离子体可以根据温度、离子密度、能级分为高温等离子体和低温等离子体，其中低温等离子体可以分为热等离子体和非热等离子体。热等离子体的宏观气体温度可以达到几十电子伏(1eV=11605K)。而低温等离子体的宏观气体温度可低至室温，但是其微观电子温度可以达到10000−100000K(1−10eV)。如果气体的宏观温度与室温基本一致，那么也可以将非热等离子体称为冷等离子体。气体的等离子状态的能量远高于气态、液态、固态，所以要想使得气体分子向等离子体态转变需要提供足够的外部能量，使其自身发生电离(Inagaki,etal.,1996,Sridharan,etal.,2004)。等离子体的产生途径有以下几种不同的反应器：(1)介质阻挡放电等离子体反应器：介质阻挡放电由于其噪声小也被称为“无声放电”，在大规模工业操作中得到应用。频率范围从1kHz到10MHz，工作压力在10-500kpa。在介质放电系统中，电极位于等离子体区域之外，因此两者不直接接触。介质阻挡放电等离子体工作在交流电(AC)而不是直流(DC)。这些系统包括至少一种介电材料，通常是二氧化硅、玻璃或陶瓷材料。在较低的工作压力下，这些反应器可以产生射频放电，在半导体等电子领域得到广泛应用。(2)微波等离子体：微波放电是从频率范围大于300MHz的电磁频谱中产生的。近年来，微波等离子体在气体转化中的应用受到了极大的关注。微波等离子体可以是低压微波等离子体，也可以是大气微波等离子体。(3)滑动弧型等离子体：滑动弧等离子体被认为是热等离子体和非热等离子体的中间系统。它可以产生非常高的等离子体强度，导致较高的电子温度和较低的气体温度。它可以在低压和高功率输入下选择性地提高化学反应速度，而不存在任何外部风险。滑动电弧等离子体因其更高的效率和较低的相对成本而在高级氧化过程中得到应用(4)射频等离子体：射频等离子体反应器便于化学反应在低压下发生，而不与外部磁场直接接触。射频等离子体反应堆中的电子密度约为每立方米1017个，平均电子温度为2-4eV。辉光放电等离子体：辉光放电等离子体由于具有较高的电子密度、电子温度和等离子体温度，主要应用于甲烷干法重整反应，相对于介质阻挡放电等离子体，辉光放电等离子体具有较高的温度，而比热等离子体反应器的温度低。与常规辉光放电等离子体反应器相比，大气压辉光放电等离子体由于不需要真空而具有广阔的应用前景。电晕放电等离子体：用高频率髙压放电，选用等离子对原材料表层进行改性,电晕放电作用覆盖面广，用于粘合力要求不是很高的产品，如布、塑料薄膜、塑胶等，生产成本较高，但效果非常的好。其中射频辉光放电等离子体在催化反应中表面处理应用广泛。1.2射频(RF)辉光放电等离子体射频辉光放电等离子体是在射频电源下，气体电离产生电子密度较高、电子温度较高、宏观温度低的等离子体。辉光放电主要分为两个过渡阶段：反常辉光和亚正常辉光阶段。在整个放电通道中会出现不同亮度的区域以及各个区域的电场电位会有所改变，如图1-3所示，从左（阴极表面）往右（阳极区）依次为:①阿斯通暗区;②阴极光层;③阴极暗区(克鲁克斯暗区);④负辉光区;⑤法拉第暗区;⑥正柱区;⑦阳极暗区;⑧阳极光层图1-3辉光放电的组成区域以及电场电位的变化曲线。Fig.1-3Thecompositionareaofglowdischargeandthechangecurveofelectricfieldpotential.1.3等离子体的应用高温等离子体主要应用就是核聚变发电，目前来看就是磁约束和惯性约束，而低温等离子体的应用方面就很多，在能源技术、国防军工、工业和医学上都有重要的作用，例如工业上刻蚀半导体(Rayner,etal.,2004)，医学上杀菌消毒，农业上种子处理，工业的废弃物处理(Borg,etal.,2000)（热等离子体），航空航天领域上的飞机隐身和等离子体推进器等等(Alexeff,etal.,2006)。其中等离子体在催化方面的作用也是十分重要的，主要分为2个方面:等离子体催化剂的制备和等离子体氛围下进行的催化反应。等离子体制备催化剂主要分为以下几类：(1)合成超细颗粒催化材料。大量研究表面，固体催化剂的催化活性主要由物质的比表面积和物质的相结构有关。超细颗粒由于具有大量的缺陷和大的比表面积，在催化领域大放异彩。近年来等离子体设备的发展使得制备超细颗粒变得简单，从而成为了研究热点。低温等离子体制备超细颗粒材料，由于反应温度较低而且处理速度快，使得大量的纳米粒子来不及生长，无法进行团聚，从而获得较小粒径的纳米粒子。(2)催化材料表面改性。高速运动和高电子温度的等离子体，与待处理材料表面的化学键以及原子碰撞后，可以使材料本身的化学键断裂或者本身的原子被取代，从而产生缺陷，缺陷浓度的增加会提升催化活性。在低温真空环境下，可以实现对材料的掺杂，掺杂会改变催化材料的导电性、电子结构以及对催化反应中间体的吸附能。(3)催化材料的失活再生。催化材料是降低反应所需活化能，不会直接参与催化反应。但是随着时间的推移，催化反应产生的副产物会附着在催化剂的表面，使其无发正常工作，大大降低了催化效率。在实际生活中，通常会通入还原性气体或者氧化性气体高温处理使表面的副产物剥离，但是高温处理会对催化剂的结构或者催化剂载体产生不可恢复的破坏。使用低温等离子体处理，等离子体处理后，可以使附着在催化剂表面的有毒杂质脱离，使得催化剂重新恢复活性且不损坏催化剂以及催化剂载体。(4)辅助还原。催化单质金属材料的制备大多是由金属氧化物在高温氢气气氛下还原。但是处理所需的时间久而且温度较高，低温等离子体处理具有处理时间短而且在室温下就可以实现，而且制备出的单质金属的粒径较小，催化活性会优于大粒径的金属单质，低温等离子体极有可能代替如今的高温热处理还原法。参考文献[1]AlexeffI,AndersonT,ParameswaranS,etal.Experimentalandtheoreticalresultswithplasmaantennas[J].IEEETransactionsonPlasmaScience,2006,34(2):166-72.[2]AshokB,HariramN,SiengchinS,etal.Modificationoftamarindfruitshellpowderwithinsitugeneratedcoppernanoparticlesbysinglestephydrothermalmethod[J].JournalofBioresourcesandBioproducts,2020,5(3):180-5.[3]BorgGG,HarrisJH,MartinNM,etal.Plasmasasantennas:Theory,experimentandapplications[J].2000,7(5):2198-202.[4]ChenG,XuY,HuangL,etal.Continuousnitrogen-dopedcarbonnanotubematrixforboostingoxygenelectrocatalysisinrechargeableZn-airbatteries[J].JournalofEnergyChemistry,2021,55183-9.[5]ChenL,XuZ,HanW,etal.BimetallicCoNiAlloyNanoparticlesEmbeddedinPomegranate-likeNitrogen-DopedCarbonSpheresforElectrocatalyticOxygenReductionandEvolution[J].ACSAppliedNanoMaterials,2020,3(2):1354-62.[6]ChuS,MajumdarA.Opportunitiesandchallengesforasustainableenergyfuture[J].Nature,2012,488(7411):294-303.[7]ConwayBE,LiuTC.Characterizationofelectrocatalysisintheoxygenevolutionreactionatplatinumbyevaluationofbehaviorofsurfaceintermediatestatesattheoxidefilm[J].Langmuir,1990,6(1):268-76.[8]DiBlasiA,D’UrsoC,BaglioV,etal.PreparationandevaluationofRuO2–IrO2,IrO2–PtandIrO2–Ta2O5catalystsfortheoxygenevolutionreactioninanSPEelectrolyzer[J].JournalofAppliedElectrochemistry,2009,39(2):191-6.[9]DrespS,DionigiF,KlingenhofM,etal.DirectElectrolyticSplittingofSeawater:OpportunitiesandChallenges[J].ACSEnergyLetters,2019,4(4):933-42.[10]FangW,HuangL,ZamanS,etal.RecentProgressonTwo-dimensionalElectrocatalysis[J].ChemicalResearchinChineseUniversities,2020,36(4):611-21.[11]FengL,LiA,LiY,etal.AHighlyActiveCoFeLayeredDoubleHydroxideforWaterSplitting[J].2017,82(3):483-8.[12]FengX,JiaoQ,ChenW,etal.Cactus-likeNiCo2S4@NiFeLDHhollowspheresasaneffectiveoxygenbifunctionalelectrocatalystinalkalinesolution[J].AppliedCatalysisB:Environmental,2021,286.[13]GongL,YangH,DoukaAI,etal.RecentProgressonNiFe-BasedElectrocatalystsforAlkalineOxygenEvolution[J].2021,5(1):2000136.[14]GuanBY,LuY,WangY,etal.PorousIron–CobaltAlloy/Nitrogen-DopedCarbonCagesSynthesizedviaPyrolysisofComplexMetal–OrganicFrameworkHybridsforOxygenReduction[J].2018,28(10):1706738.[15]HanB,RischM,LeeY-L,etal.ActivityandstabilitytrendsofperovskiteoxidesforoxygenevolutioncatalysisatneutralpH[J].PhysicalChemistryChemicalPhysics,2015,17(35):22576-80.[16]HeG-Y,WangY-T,ChenX-M,etal.LaserinsitusynthesisofNiFe2O4nanoparticle-anchoredNiFe(OH)xnanosheetsasadvancedelectrocatalystsfortheoxygenevoluti