Chemical kinetics in an atmospheric pressure helium plasma containing humidity

文献情報

出版日 2018-09-13
DOI 10.1039/C8CP02473A
インパクトファクター 3.676
著者

Sandra Schröter, Apiwat Wijaikhum, Andrew West, Nicolas Minesi, James Dedrick, Erik Wagenaars, Nelson de Oliveira, Laurent Nahon, Mark J. Kushner, Jean-Paul Booth, Kari Niemi, Timo Gans, Deborah O'Connell


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要旨

Atmospheric pressure plasmas are sources of biologically active oxygen and nitrogen species, which makes them potentially suitable for the use as biomedical devices. Here, experiments and simulations are combined to investigate the formation of the key reactive oxygen species, atomic oxygen (O) and hydroxyl radicals (OH), in a radio-frequency driven atmospheric pressure plasma jet operated in humidified helium. Vacuum ultra-violet high-resolution Fourier-transform absorption spectroscopy and ultra-violet broad-band absorption spectroscopy are used to measure absolute densities of O and OH. These densities increase with increasing H2O content in the feed gas, and approach saturation values at higher admixtures on the order of 3 × 1014 cm−3 for OH and 3 × 1013 cm−3 for O. Experimental results are used to benchmark densities obtained from zero-dimensional plasma chemical kinetics simulations, which reveal the dominant formation pathways. At low humidity content, O is formed from OH+ by proton transfer to H2O, which also initiates the formation of large cluster ions. At higher humidity content, O is created by reactions between OH radicals, and lost by recombination with OH. OH is produced mainly from H2O+ by proton transfer to H2O and by electron impact dissociation of H2O. It is lost by reactions with other OH molecules to form either H2O + O or H2O2. Formation pathways change as a function of humidity content and position in the plasma channel. The understanding of the chemical kinetics of O and OH gained in this work will help in the development of plasma tailoring strategies to optimise their densities in applications.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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