焦点资讯：为什么等离子体流使化学反应更有效

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密歇根大学的Juliusz Kruszelnicki利用计算机模拟，研究了填充床反应器中等离子体和嵌入陶瓷珠中的金属催化剂之间的相互作用。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11月5日至下周9日在波特兰俄勒冈会议中心举行的物理学会第71届气体电子学年会和APS等离子体物理学会第60届年会上讨论这项工作。

这些等离子体反应器具有很大的潜力，可以通过“等离子体化学转化”使有价值的化学过程变得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和生产用作肥料的氨。

“将热催化系统与等离子体结合可以提供一种生产化学产品的新方法，否则你可能无法或可能能够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实验室开发的高级多物理代码来模拟等离子体和催化剂之间的相互作用。这些模块包括电磁学、表面化学、流体动力学和化学动力学等现象。他模拟了一个填充床反应器，这是一个充满陶瓷珠的管子，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的方式反应，例如将氮气和氢气结合产生氨。

Kruszelnicki发现，当珠子嵌入金属催化剂颗粒中，然后充电时，会发生电子的场发射，这使得具有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和更有效，并可以降低反应所需的外加功率。

“通过这种定位电场的过程，可以从金属颗粒表面发射电子，启动等离子体，否则不会发生这种情况，”Kruszelnicki说。

通过模拟低温等离子体化学，Kruszelnicki和库什纳实验室的其他成员正在发现一种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的化学转化更有效。目前，他们正在与科学基金会的产学合作研究中心合作，并与公司合作，将这项研究转化为工业用途。他们还希望这些更高效的过程可以与离网应用兼容，例如为使用太阳能的自给农民制造肥料。