ИССЛЕДОВАНИЕ RF-DBD РАЗРЯДА В СМЕСИ AR/CH4 В ПРИСУТСТВИИ НИКЕЛЕВОЙ ПЕНЫ ПРИ НИЗКОМ ДАВЛЕНИИ

В данной работе исследовано влияние никелевой пенки на структуру и свойства RF-DBD разряда в смеси аргон-метан при низком давлении 0.5 Торр. Были проведены эксперименты при варьировании подводимой мощности, потока газа и расстояния между катализатором и радиочастотным (РЧ) электродом. Показано, что увеличение мощности плазмы и изменение потока газа метана при присутствии катализатора приводит к заметному укорочению длины свечения плазмы в кварцевой трубке. Было установлено, что увеличение расстояния между катализатором и РЧ-электродом снижает возможность поддержания плазмы в области после катализатора. По итогу анализа оптических эмиссионных спектров выявлено снижение интенсивности углеродосодержащих радикалов, атомарного и молекулярного водорода после катализатора, что свидетельствует о его активном участии в плазменно-каталитических процессах. Рамановский анализ подтвердил образование отложений аморфного углерода на поверхности никелевой пенки. Установлено, что никелевая пена не только модифицирует структуру RF-DBD разряда, но и существенно влияет на распределение активных частиц в плазме, изменяя условия протекания плазменно-каталитических реакций. Полученные результаты позволяют глубже понять механизмы взаимодействия низкотемпературной плазмы с пористым металлическим катализатором и могут быть использованы при разработке эффективных плазменно-каталитических систем конверсии углеводородных газов.

1. Wang, N., Otor, H.O., Rivera-Castro, G., and Hicks, J.C. Plasma Catalysis for Hydrogen Production: A Bright Future for Decarbonization. ACS Catalysis, 14, 6749–6798 (2024). https://doi.org/10.1021/acscatal.3c05434

2. Bogaerts, A., Centi, G., Hessel, V., and Rebrov, E. Perspectives and Emerging Trends in Plasma Catalysis: Facing the Challenge of Chemical Production Electrification. ChemCatChem, 17, e202401938 (2025). https://doi.org/10.1002/cctc.202401938

3. Chen, X., Kim, H.-H., and Nozaki, T. Plasma Catalytic Technology for CH₄ and CO₂ Conversion: A Review Highlighting Fluidized-Bed Plasma Reactor. Plasma Processes and Polymers, 21, e2200207 (2024). https://doi.org/10.1002/ppap.202200207

4. Bogaerts, A., and Neyts, E.C. Plasma Technology: An Emerging Technology for Energy Storage. ACS Energy Letters, 3, 1013–1027 (2018). https://doi.org/10.1021/acsenergylett.8b00184

5. Snoeckx, R., and Bogaerts, A. Plasma Technology – A Novel Solution for CO₂ Conversion? Chemical Society Reviews, 46, 5805–5863 (2017). https://doi.org/10.1039/C6CS00066E

6. Onaibergenov, Z., Abdrakhmanov, A., Orazbayev, S., Ramazanov, T., and Utegenov, A. Investigation of the Temperature of Electrons in a Glow Discharge Plasma at Direct Current Ar and Ar/C₂H₂. Recent Contributions to Physics, 90 (2024).

7. Almasbek, U. et al. On the Peculiarities of Nanomaterials Synthesis in DC Glow Discharge Plasma. Contributions to Plasma Physics, 65 (2025). https://doi.org/10.1002/ctpp.70039

8. Orazbayev, S.A. et al. The Diagnostics of Dusty Plasma in RF Discharge by Two Different Methods. Contributions to Plasma Physics, 53, 436–441 (2013). https://doi.org/10.1002/ctpp.201200123

9. Kyrykbay, B., Ussenkhan, S., Utegenov, A. et al. Enhancing Oil-Water Separation Efficiency via Scalable Fabrication of Wear-Resistant and Eco-Friendly Superhydrophobic Surfaces. npj Clean Water, 9, 12 (2026). https://doi.org/10.1038/s41545-025-00544-5

10. Ongaibergenov, Z. et al. Diagnostics and Characterization of Nanoparticles in Dusty Glow Discharge Plasma. Scientific Reports, 15 (2025). https://doi.org/10.1038/s41598-025-22182-0

11. Hameed, S., and Comini, E. Methane Conversion for Hydrogen Production: Technologies for a Sustainable Future. Sustainable Energy and Fuels, 8, 670–683 (2024). https://doi.org/10.1039/d3se00972f

12. Bogaerts, A. et al. The 2020 Plasma Catalysis Roadmap. Journal of Physics D: Applied Physics, 53 (2020). https://doi.org/10.1088/1361-6463/ab9048

13. Gershman, S. et al. Decomposition of Methane Diluted with Inert Gas in an RF Discharge Cell. Journal of Physics D: Applied Physics (2025). https://doi.org/10.1088/1361-6463/ae2927

14. Ganjovi, A. et al. Method for Hydrogen Production by Methane Cracking Using Vacuum Plasma. Surface and Coatings Technology, 512 (2025). https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2025.132393

15. Ivanov, V.A. Superposition of Low-Pressure DBD and RF Induction Discharge for Spectroscopic Study of Dissociative Recombination in Decaying Plasma. Plasma Sources Science and Technology, 29 (2020). https://doi.org/10.1088/1361-6595/ab7f4c

16. Harilal, S.S. et al. Optical Emission Studies of C₂ Species in Laser-Produced Plasma from Carbon. Journal of Physics D: Applied Physics, 30, 1703 (1997). https://doi.org/10.1088/0022-3727/30/12/003

17. Zudov, V.N. Spectral Characteristics of Optical Discharge in a High-Speed Methane–Air Jet. Technical Physics Letters, 43, 551–553 (2017). https://doi.org/10.1134/S1063785017060281

18. Marinov, S. et al. Double-Discharge Plasma System for Deposition of Carbon Nanostructures. Journal of Physics: Conference Series, 2240, 012020 (2022). https://doi.org/10.1088/1742-6596/2240/1/012020

19. Vera, L.P. et al. Spectroscopic Study of Emission Coal Mineral Plasma Produced by Laser Ablation. Journal of Physics: Conference Series, 511, 012063 (2014). https://doi.org/10.1088/1742-6596/511/1/012063

20. Avtaeva, S.V., and Lapochkina, T.M. Characteristics of Molecular Hydrogen and CH* Radicals in a Methane Plasma in a Magnetically Enhanced Capacitive RF Discharge. Plasma Physics Reports, 33, 774–785 (2007). https://doi.org/10.1134/S1063780X07090073

21. He, Y., Jang, W.L., and Timmons, R.B. Catalyzed Conversion of Acetylene to Higher Hydrocarbons. Energy & Fuels, 5, 613–614 (1991). https://doi.org/10.1021/ef00028a016