超快千瓦级微波脉冲在大气压等离子体中增强CO₂转化

演示了超快微波功率脉冲作为增强大气压等离子体中CO₂转化的有效策略。虽然最初在小型同轴等离子体火炬中进行的数十百瓦实验显示出改进后的性能，但本研究探讨了将这一方法扩展到千瓦级微波功率的可行性。考察了两种等离子体反应器配置中的转化率和能源效率：基于Surfaguide的系统（KIT）和基于腔体的等离子体火炬（IPP），并将其与小型同轴火炬进行基准测试。两种千瓦级装置在微波耦合方式、功率水平、反应器管和气体注入几何构型方面相似，但后glow处理方式不同。IPP的火炬采用快速喷嘴式淬火，而Surfaguide-based反应器依赖于沿延长的石英管的缓慢冷却。在脉冲峰值功率约为4 kW、脉冲持续时间从亚微秒到微秒范围内实现了稳定等离子体运行，但稳定性仅限于约10 us（腔体式火炬）和约12 us（Surfaguide式反应器）的脉冲间隔。与同轴火炬不同，两种千瓦级反应器中均未观察到等离子体再点燃现象，导致等离子体温度调制较弱。值得注意的是，在Surfaguide-based反应器中的平均气体温度超过了连续波运行时的温度。在此条件下，CO₂转化率和能源效率分别比连续波运行时提高了不足40%和不足20%。然而，在IPP的火炬中，这些改进效果被大大抑制，可能是由于快速的后glow淬火所致。最后，通过分析瞬时反射微波功率，提供了对等离子体在功率关闭和开启阶段中电子密度动力学的定性见解。