液体表面放电反应器

固氮低耗高效

等离子体-液体大接触面积设计，让氮氧化物高效溶入水相，比传统放电固氮反应器实现更低的单位能耗。

Zhou, Zikai · Li, Yao · Liang, Jianping · 王森 · 温小琼 · 杨德正

Journal of Physics D: Applied Physics 2025

具体参数

硝酸根浓度

{'zh': '1.43', 'en': '1.43'} mM

固氮能耗

{'zh': '14.74', 'en': '14.74'} MJ mol⁻¹

放电面积

{'zh': '70×30', 'en': '70×30'} mm²

技术优势

能耗大幅降低

在优化的电压、频率、电导率和温度下，固氮能耗降至14.74 MJ mol⁻¹，优于传统放电固氮反应器。

硝酸根浓度高

在大面积放电条件下，水中硝酸根浓度最高达到1.43 mM，说明等离子体-液体传质效率显著提升。

放电面积大

采用共面平板电极实现了约70×30 mm²的液体表面放电，增加了等离子体与液体的接触面积，有利于活性物种的高效利用。

应用场景

• 绿氨合成：低能耗固氮路径，可替代高耗能Haber-Bosch法用于分散式绿氨生产。
• 人工固氮：利用等离子体活化氮气并高效转化为水溶性氮氧化物，实现常温常压固氮。
• 电催化固氮：以电驱动放电代替催化剂，降低对贵金属催化剂的依赖，实现电化学固氮。
• 等离子体催化：电场增强等离子体化学反应，促进N₂解离和NOₓ生成，提高固氮选择性。