微放电中由电子与气体温度驱动的化学反应
等离子体物理
2025-06-06 v1
摘要
浸泡在液体中形成的气泡内的微放电因其在等离子驱动的电化学中的材料合成和化学转化应用而引人关注。控制此类过程的一个关键挑战是，由于对这些微放电中气相化学动力学理解有限。鉴于其巨大的电子密度以及高气体温度，电子与气体温度驱动的化学反应可能起着重要作用。本文采用以实验测量为依据的0维模型方法，研究这些系统中的化学动力学。发展出一种新的反应方案用于水蒸气中的微放电，包括高电子密度和高气体温度两个 regime 的反应。以电解氧化中的微放电为案例研究，但预期关键结果可推广到具有相似特性的其他电解质体系。实验测量的功率密度作为0维模型的输入，同时估计气泡内的温度和气体压力。将测量值与模拟电子密度进行比较，尽管模型和实验都有局限性，但整体 agreement 良好。在基础案例微放电中，在峰值功率密度期间，HO高度分解，H和O构成气泡中中性气体的主体。最大电离度约为0.31\%，在电子密度峰值期间的电子亲和性较低。分析在2000K至6000K范围内的中性气体温度变化下的物种形成与反应路径。在所有温度下，阈值能量较高的电子、离子和中性反应对整体化学动力学至关重要。
引用
@article{arxiv.2506.05124,
title = {Electron and gas temperature-driven chemistry during microdischarges formed in water vapour bubbles},
author = {Florens Grimm and Jan-Luca Gembus and Jana Schöne and Peter Awakowicz and Lars Schücke and Andrew R. Gibson},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.05124},
year = {2025}
}