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基于CH4和CH3OH等替代原料的化学品生产新途径对于缓解石油资源短缺问题和日益严重的环境问题具有重要意义。本文围绕CH4制高碳烃和CH3OH直接合成乙二醇开展了系统的介质阻挡放电等离子体反应研究,主要研究工作和结果如下：1.在CH4介质阻挡放电反应研究中,首先系统研究了反应条件以及反应器结构参数对CH4转化率和产物分布的影响。结果表明,反应条件和反应器结构参数对CH4转化率和高碳烃产物选择性的影响可以主要归结为等离子体的电子密度的影响。2.用发射光谱在CH4介质阻挡放电等离子体中检测到了CH、C2和H激发态物种的光谱信号。根据激发态CH物种光谱信号强度与CH4放电反应转化率的线性关系推断,在介质阻挡放电条件下,CH4活化是在CH自由基参与下进行的。CH自由基与CH4反应生成C2H5自由基很可能是CH4活化的主要反应。3.在CH3OH介质阻挡放电研究中,通过设计金属地极双介质阻挡放电反应器和以氢气作载气得到了乙二醇产物。在CH3OH流量0.02 mL/min,H2流量80 mL/min,放电频率12.0 kHz,注入功率11 W,反应温度300℃,反应压力0.1 MPa的优化条件下,CH3OH转化率可达15.8%,乙二醇选择性可达71.5%左右,根据注入功率折算出的合成乙二醇能量效率约为42.55 g/kWh。在100 h连续运转实验中,上述反应性能指标稳定。4.根据发射光谱的原位诊断结果推测,在CH3OH介质阻挡放电反应中,H2在放电区通过自由电子的累积激发解离为H原子,H原子与CH3OH分子碰撞并选择性解离其C-H键,生成CH2OH自由基(H+CH3OH → CH2OH+H2),两个CH2OH自由基复合生成了乙二醇目的产物。在此过程中,H2通过H原子参与CH2OH自由基生成反应并降低其活化能,当离开放电区后H原子又回复到H2状态,自身不被消耗。这些特征以及H2能同时提高甲醇转化率和乙二醇选择性的实验结果表明H2在CH3OH直接合成乙二醇的反应中具有催化作用。5.反应条件考察表明,注入功率、放电频率、CH3OH进料流量、反应温度和压力对CH3OH介质阻挡放电直接合成乙二醇反应都有较大影响。发射光谱原位诊断结果发现：当反应条件在适宜范围内时,可促进H2分子解离生成H原子,提高H2的催化作用,从而提高乙二醇收率；当上述反应条件超出适宜范围内时,可诱发CH3OH非催化反应和抑制H2分子解离生成H原子,即抑制H2分子的催化作用,从而降低乙二醇收率。