低温等离子体中的化学反应主要是通过气体放电产生的快电子激发来完成的。这些快电子与气体分子碰撞，使气体分子激发到更高的能级。被激发到高能级的分子，由于其内能的增加，既可发生键的断裂也可以与其它物种发生化学反应；而由于碰撞失去部分能量的电子在电场的作用下仍可得到补偿。典型的反应类型如下：
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电子/分子反应 |
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激发 |
e + A2→ A2+ + 2e |
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离解 |
e + A2→ 2A + e |
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附着 |
e + A2→ A2 |
－ |
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离解附着 |
e + A2→ A－ + A |
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电离 |
e + A2→ A2+ + 2e |
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复合 |
e + A2 |
－→ A2 |
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离脱 |
e + A2－→ A2 + 2e |
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分子/原子反应 |
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潘宁离解 |
M* + A2→ 2A + M |
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潘宁电离 |
M* + A2→ A2+ + M + e |
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电荷转移 |
A+ + B → B+ + A |
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离子复合 |
A+ + B－→ AB |
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中性复合 |
A + B + M → AB + M |
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分解反应 |
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电子的 |
e + AB → A + B + e |
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原子的 |
A* + B2→ AB + B |
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合成反应 |
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电子的 |
e + A → A* + e |
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A* + B → AB |
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原子的 |
A + B → AB |
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可以看出，低温非平衡态等离子体是使分子活化的有效方法，它能使几乎所有的分子激发、电离和自由基化，产生大量的活性基团，如O、OH、O2 ,O3和高能量的自由电子。这些活性物种使得在通常条件下难以实现的反应可以很容易地在等离子体系统中完成。尤其对空气中污染物的脱除，可以在很短的时间内使其分解甚至完全分解。研究表明，等离子体分解空气污染物可通过两种途径完成：
（1）在产生等离子体的过程中产生的瞬间高能量，打开某些有害分子的化学键，使其分解成单质原子或无害分子。
（2）等离子体中包含了大量的高能电子、离子、激发态粒子（其能量范围如表 1）和具有强氧化活性的自由基，这些活性粒子的平均能量高于气体分子的键能，它们和有害气体分子发生频繁的碰撞，打开气体分子的化学键，同时产生的大量?OH、HO2、O等自由基和氧化性极强的 O3 跟有害气体分子发生化学反应生成无害产物。
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