纳米催化剂耦合介质阻挡放电发生器臭氧生成特性研究及其高效臭氧合成机制分析

《Vacuum》：Study on Ozone Generation Characteristics of Nanocatalyst Coupled Dielectric Barrier Discharge Generator

本文系统研究了纳米催化剂（TiO2、SiO2、Al2O3）涂层对介质阻挡放电（DBD）发生器放电性能、臭氧生成及能量效率的增强机制。研究发现催化剂涂层可显著提升放电稳定性，TiO2涂层在120W功率下臭氧产量达24.1g/h（较无涂层提升16%），并通过调控气流速率（2.5L/min）与冷却水参数（5℃/400L/h）实现臭氧产量最大化（26.3g/h），为高效DBD发生器设计提供理论支撑。

　　

亮点

电压电流波形

图2展示了催化剂涂层施加前后发生器的放电电压与放电电流波形图，放电电压记录为13kV。未涂覆催化剂时，放电波形呈现典型的介质阻挡放电（DBD）丝状放电特征，表现为大量混乱无序的电流脉冲。施加催化剂后，可观察到...

结论

本研究独立设计了同轴圆筒式介质阻挡放电（DBD）发生器，系统探究了催化剂涂层及发生器运行参数对DBD放电性能、臭氧生成和能量效率的影响，并深入分析了催化剂在臭氧合成中的作用机制。具体结论如下：

纳米催化剂涂层显著提升了介质阻挡放电的稳定性和电场强度；

臭氧产量随功率增加呈线性增长，TiO₂涂层在120W功率下实现24.1g/h的臭氧产出率，较无涂层提升16%；

催化剂表现出功率响应特性：Al₂O₃因电荷存储平衡在中低功率（0~90W）具优势，而TiO₂通过强电场耦合在高功率（90~120W）达到218.3g/kWh的最佳能效；

低气源流速（2.5L/min）通过延长气固接触时间使臭氧浓度提升15.8%，低温冷却水（5℃）配合高流速（400L/h）可抑制臭氧热解，最高产量达26.3g/h；

DBD放电后催化剂元素价态不变，TiO₂与Al₂O₃表面氧空位减少且富含羟基，共同促进臭氧合成。