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大气压纳秒脉冲沿面介质阻挡放电能够产生均匀性好、电子能量高的低温非平衡等离子体,具有广阔的应用前景。由于大气压纳秒脉冲沿面介质阻挡放电的放电发展过程、时空分布特性、能量弛豫过程等仍需深入探讨,放电等离子体重整CH4/CO2微观反应机理、能量传递与耗散仍需进一步研究,本文利用管式沿面介质阻挡放电结构并将其扩展为阵列式大面积放电,在大气压空气、氮气环境下激励产生了稳定的纳秒脉冲弥散放电等离子体,研究了放电等离子体特性、时空演化规律以及能量弛豫过程,并将大气压纳秒脉冲沿面介质阻挡放电应用于低温条件下CH4/CO2重整为H2/CO合成气。本文主要研究结果如下:1.利用环形管式电极结构形成沿面介质阻挡放电,在大气压空气、氮气中激励产生了稳定的纳秒脉冲弥散沿面介质阻挡放电等离子体。通过测量电压电流波形和诊断发射光谱研究了放电等离子体电学、光学特性,利用N2（C-B,?ν=-2）拟合得出了振动温度和转动温度,并研究了大气压氮气纳秒脉冲沿面介质阻挡放电等离子体的时空分布特性。结果表明,放电主电流峰宽及光电流峰宽均约为60 ns,正、负脉冲均是如此;发射光谱强度随着脉冲峰值电压增大而逐渐增强;当外加电压及放电时间变化时,等离子体气体温度始终接近室温。在大气压氮气纳秒脉冲沿面介质阻挡放电等离子体中,N2（C~3Πu→B~3Πg）和N2+（B~2Σu+→X~2Σg+）的发射光谱强度表现出不同的时空演化规律,这与激发电位以及电子能量分布有关;随着时间的推移发生了电子-振动能量弛豫过程;从空间上看,沿高压电极至地电极方向,振动温度在高压电极附近呈现升高趋势,随后发生轻微波动,最后呈现下降趋势,而转动温度基本保持不变;结合N2（C~3Πu→B~3Πg）和N2+（B~2Σu+→X~2Σg+）的发射光谱强度以及振动温度的空间分布可以推断得出,高能量电子可能在放电间隙中段居多。2.利用阵列式线-线沿面介质阻挡放电结构,在大气压空气中利用纳秒脉冲电源激励产生了稳定的大面积弥散放电等离子体,并且可通过调节线电极组数来改变放电等离子体面积。利用ICCD相机观测了单一线-线沿面介质阻挡放电的放电发展过程,测量了电压电流波形和等离子体发射光谱,拍摄了放电图像;计算了阵列式线-线沿面介质阻挡放电的放电功率、放电面积和发射光谱强度,利用N2（C-B,?ν=-2）模拟得出了振动温度和转动温度,并研究了线电极组数和脉冲峰值电压的影响。结果表明,对于单一线-线沿面介质阻挡放电来说,与脉冲下降沿阶段相比,脉冲上升沿阶段的放电持续时间较短但放电强度较强,且放电面积更大;对应单次电压脉冲,放电电流有两个主电流峰并以振荡形式逐渐衰减归零,线电极组数越多,放电电流峰值越高、归零时间越长;当线电极组构成阵列式放电,线电极组数增加时阵列整体和阵列中单一线-线结构在放电面积和发射光谱强度上表现出了不同的变化趋势:对于放电结构整体来说,放电面积、发射光谱强度随线电极组数的增加基本呈现增大趋势,而对于单一线-线结构来说则逐渐减小;单一线-线结构的放电面积减小可能是由于各线电极组之间发生了放电排斥及放电功率下降导致的,而放电面积和放电功率的降低使得发射光谱强度减弱;线电极组数变化时转动温度基本保持在330 K左右。随着脉冲峰值电压的增大,微观上电子雪崩链条延长、放电发光范围增大导致发射光谱强度增强、放电面积增大;振动温度呈下降趋势,转动温度略微升高。3.将螺旋式线-线沿面介质阻挡放电结构激励产生稳定的大气压纳秒脉冲弥散放电等离子体应用于低温条件下重整CH4/CO2转化为H2/CO合成气。研究了大气压CH4/CO2纳秒脉冲放电的电学与发射光谱特性,分析了CH4/CO2重整的微观过程,探究了脉冲电压、脉冲频率对CH4/CO2重整反应中反应物转化率、H2及CO选择性的影响,计算得出了能量效率和合成气能量转化效率;基于等体积浸渍法将大气压氮气纳秒脉冲弥散沿面介质阻挡放电等离子体用于制备10%Cu/γ-Al2O3和10%Cu/ZSM5催化剂,与传统方法制备的催化剂在CH4/CO2重整效果上进行了比较。结果表明,大气压CH4/CO2纳秒脉冲沿面介质阻挡放电等离子体中的活性物种主要有CH（A）、CH（B）、CH（C）、CO（B）、CO（b）、CO2+（A）等;增大电压与增大频率均能使得反应物转化率提高;然而增大电压过程中H2选择性先增加后下降,能量效率与合成气能量转化效率逐渐降低,但增大脉冲频率不会导致合成气选择性降低,且能量效率与合成气能量转化效率基本保持不变;在大气压氮气纳秒脉冲弥散沿面介质阻挡放电等离子体环境中焙烧处理10%Cu/γ-Al2O3以及10%Cu/ZSM5小球3小时后,H2与CO的选择性与单纯氮气中焙烧相比均有所提升,这说明弥散放电等离子体参与催化剂制备可实现重整产物调控;此外,在重整反应过程中催化剂与大气压纳秒脉冲沿面介质阻挡放电等离子体发生了有效的协同效应。