卷 3 期 2 (2025)

焦炭是化工设备和超音速飞机再生冷却管道上形成的一种有害含碳物质，会降低传热效率和整体性能。本工作在乙炔热解过程中，利用原位显微拉曼光谱仪研究了焦炭在石英流动反应器内表面特定局部位置上的结构演变。通过将显微拉曼光谱仪和石英流动反应器相结合，提出了焦炭的原位拉曼检测方法。连续采集焦炭的拉曼光谱，定量分析积分强度、谱带比例和晶粒尺寸，以揭示焦炭结构变化规律。提出了焦炭在局部位置演化的机理，包括四个阶段，即物理沉积、表面反应、内部反应和内部成熟阶段。研究了温度、氧气对焦炭的影响，高温和一定量氧气的存在可促进焦炭的演化进程，表现为转变时间提前，焦炭晶粒尺寸增大。本工作实现了焦炭的原位诊断，为揭示焦炭的局部演化提供了一个新的视角；后续工作中，需要进一步揭示焦炭局部演化的机理，特别是物理沉积和内部反应阶段的机理。

本研究采用四匝螺旋天线在非均匀磁场中产生高密度螺旋波等离子体。通过调整天线的轴向位置（6 cm、12 cm 和 18 cm），可分别实现7.69 G、30.77 G和123.08 G的磁场强度。实验发现，在300 W射频功率和18 cm天线位置条件下出现了蓝芯现象。蓝芯模式下，600 W时等离子体密度可达2 × 10¹⁹ m⁻³，天线耦合效率达90%。基于放电诊断结果，本文进一步讨论了功率耦合机制。

本文综述了放电等离子体在催化剂制备和改性中的应用。催化剂在多个领域中发挥重要作用，而放电等离子体因其独特的物理化学性质和环境友好性，在催化剂的制备和改性中显示出巨大潜力。等离子体能够在温和条件下有效激活反应物分子，提高反应速率；精确调控催化剂的微观结构和活性位点分布，从而提升特定催化反应的性能。本文综述了不同等离子体源与放电基础，主要探讨了等离子体在催化剂制备和改性中的应用与机制。文章详细讨论了等离子体辅助催化剂合成、等离子体化学气相沉积以及等离子体原子层沉积等技术的应用及优势，重点分析了等离子体对催化剂物理和化学特性的改性效果，并进一步总结这些改性对不同反应类型的影响。最后，本文提出了未来研究的方向与面临的挑战，有望为放电等离子体技术在催化剂处理领域的发展提供参考与启示。

氢能源是实现碳中和目标的可选方案之一。在氢能源生产、运输、使用环节，等离子体技术都起到了一定的辅助作用。尤其是等离子体由可再生的电能激发产生，是产生氢能源的一种绿色可替代技术手段。本综述总结了近年来等离子体技术在氢能源领域的作用，重点介绍了等离子体在电解水制氢、裂解甲烷、裂解氨气和合成氨的作用。等离子体在辅助合成电解水催化剂的作用主要体现在为催化剂基底材料刻蚀微沟槽，制造催化剂空穴，增加原子修饰三个方面。等离子体在裂解甲烷和氨气得到氢气，合成氨三个方面的作用主要是联合催化剂提高工艺指标。鉴于等离子体制备催化剂的重要性，我们建议采用机器学习辅助高通量筛选获得最佳理论性能的催化剂结构之后，再使用等离子体针对性合成催化剂。与此同时，使用第一性原理计算阐释催化剂催化机理。

建立稳定的二氧化碳（CO₂）与氧气（O₂）循环体系，对于空间站及未来火星基地等地外环境中的环境控制与生命支持系统（Environmental Control and Life Support Systems，ECLSS）至关重要。开发具有高氧气回收率、高CO₂转化性能及低能耗的CO₂-O₂转化技术，是实现物质闭环再生的关键。本文系统梳理了地外环境下CO₂制氧技术发展现状，将新兴技术路径归纳为“两步法制氧”与“一步法制氧”两大框架：两步法涵盖热催化CO₂加氢还原与电解水制氧，主要应用于空间站环境；一步法包括电催化CO₂还原与等离子体催化CO₂转化，更适用于火星环境。通过对比技术原理与运行特征，凝练出制约技术发展的三大核心挑战：（1）催化材料失活、积碳形成及催化机制不完善；（2）转化过程描述不清导致调控困难，副反应抑制难度大；（3）单一技术物质循环度偏低。发展高效、稳定、可靠的CO₂-O₂转化技术，将为降低发射成本、保障人类地外可持续生存提供重要支撑。

发展可再生能源电解水制氢技术是实现氢能经济规模化应用的重要前提。目前，商用的电解水催化剂为铂族贵金属，但其储量稀少、价格高昂，严重限制了电解水制氢的实际应用。作为极具潜力的铂族贵金属替代材料，过渡金属硫族化合物（transition metal dichalcogenides, TMDs）因其本征催化活性高、成本低廉等特点，受到了科研工作者们的广泛关注。然而，TMDs的催化性能与铂族贵金属仍存在一定差距，为此，科研工作者们围绕其性能提升和催化机理开展了许多深入而系统的研究。本文结合电解水基本反应原理、电解水催化剂材料的设计思路以及TMDs的结构与电催化性能，全面总结了提升TMDs材料电解水催化性能的策略和方法。最后，对这一蓬勃发展的领域所面临的挑战和未来的研究方向进行了展望。

在全球能源转型的背景下，锌离子电池（ZIBs）因其环境友好、成本低廉及安全性高等特点而受到广泛关注。然而，ZIBs的发展面临着一系列挑战，包括锌枝晶生长、正极材料性能衰退以及电极/电解质界面副反应等。这些问题的解决很大程度上依赖于ZIBs关键材料性能的提升。低温等离子体（LTP）技术，凭借其高能、高活性、低温和高效等特点，展现出工艺调控能力强、适用范围广泛、操作条件温和、环境友好等优势，为ZIBs关键材料的改性提供了创新方案。本文综述了LTP技术在锌负极、正极材料及隔膜等ZIBs关键材料改性中的应用，重点阐述了LTP改性技术对锌负极电化学性能的优化。最后，论文展望了LTP技术在ZIBs关键材料改性中面临的问题、挑战和下一步的努力方向。