氨是一种清洁、绿色、新型的潜在能源,具有能量密度高、燃烧热值高以及存储成本低等优势。传统工业合成氨的方法Haber-Bosch工艺需要高温、高压的反应条件,消耗大量的能量和产生大量的CO2。而低温等离子体可减小此反应进程的活化能,起到降低反应条件的作用,使其在常温常压下进行。因此,低温等离子体技术具有较大的应用潜力在催化合成氨领域。目前对于填充式介质阻挡放电（Packed Bed Dielectric Barrier Discharge,简称PBDBD）等离子体反应器结构的优化设计研究较少,基于此本文聚焦PBDBD反应器内电极高压电极的优化和反应器尺寸两个结构参数,研究不同反应条件对氨合成的影响,对未来适用于氨气工业化生产的反应器设计有重要指导意义。首先,本文设计并搭建了填充式介质阻挡放电催化合成氨的实验平台。比较了三种测量氨含量的方法,靛酚蓝分光光度法适合用于PPb级别氨气产量的测量,化学吸收法适用于氨气产量较高的情况下,最终采用适合本研究中氨气含量检测的气相色谱法。通过灵活调控PBDBD反应器中合成参数如电压、流速、气体比例以及催化剂种类等关键参数,研究了其对氨气产率、能量效率、能耗和氮气转化率等方面的影响规律,结果表明增加电压对合成氨有促进作用;不同的氮氢比对合成氨有显著的影响,最佳氮氢比在2:1与1:1之间;流速的增加会在一定程度上抑制氨产率的上升。其次,在PBDBD反应器中,对比了螺旋电极和圆柱电极在不同实验参数条件对合成氨的影响。研究发现螺旋电极的氨产率、能量效率均高于圆柱电极。一方面由于螺旋电极反应器的起始放电电压低于圆柱电极反应器;另一方面,螺旋电极对比圆柱电极,更有利于细丝状放电的增加,更多的电子能量作用于N2解离,从而实现更高的氨产率。最后,研究了不同的PBDBD反应器尺寸对催化合成氨的影响。采用了电极间距1.5mm和3mm的两个反应器,后者反应器的其他几何尺寸及施加电压均是前者的两倍。本研究设计的反应器保证了两者拉普拉斯电场分布相同,实验结果表明1.5mm间距的反应器更加有利于氨合成,在能量效率和能耗方面效果均优于3mm间距的反应器。同时也证明了多个微型PBDBD反应器并联生产的模式较单个大尺寸反应器更适合用于低温等离子体催化合成氨的工业化。