Microwave Discharge in Liquids: Physics and Applications

   This paper presents a generalization of experimental data on microwave discharges in liquids, one of the least studied types of the discharge. The physical characteristics of discharges in liquids are described, and the main differences between microwave discharges in liquids and discharges in gases are shown. It is demonstrated that with increasing incident power, the formation rate increases while the product composition remains unchanged, which is a characteristic feature of discharges in liquids. Examples of applications of microwave discharges for hydrogen production and CO₂ decomposition are given.

1. P. Bruggeman, C. Leys. J. Phys. D: Appl. Phys., 42 (2009) 053001, doi: 10.1088/0022-3727/42/5/053001

2. S. Samukawa, M. Hori, S. Rauf, K. Tachibana, P. Bruggeman, G. Kroesen, J. C. Whitehead, A. B. Murphy, A. F. Gutsol, S. Starikovskaia. J. Phys. D: Appl. Phys., 45 (2012) 253001, doi: 10.1088/0022-3727/45/25/253001

3. P. J. Bruggeman, M. J. Kushner, B. R. Locke, J. G. E. Gardeniers, W. G. Graham, D. B. Graves, R. C. H. M. Hofman-Caris, D. Maric, J. P. Reid, E. Ceriani, D. Fernandez Rivas, J. E. Foster, S. C. Garrick, Y. Gorbanev, S. Hamaguchi, F. Iza, H. Jablonowski, E. Klimova, J. Kolb, F. Krcma, P. Lukes, Z. Machala, I. Marinov, D. Mariotti, S. Mededovic Thagard, D. Minakata, E. C. Neyts, J. Pawlat, Z. Lj. Petrovic, R. Pflieger, S. Reuter, D. C. Schram, S. Schröter, M. Shiraiwa, B. Tarabová, P. A. Tsai, J. R. R. Verlet, T. von Woedtke, K. R. Wilson, K. Yasui, G. Zvereva. Plasma Sources Sci. and Technol., 25 (2016) 053002, doi: 10.1088/0963-0252/25/5/053002

4. I. Adamovich, S. D. Baalrud, A. Bogaerts, P. J. Bruggeman, M. Cappelli, V. Colombo, U. Czarnetzki, U. Ebert, J. G. Eden, P. Favia, D. B. Graves, S. Hamaguchi, G. Hieftje, M. Hori, I. D. Kaganovich, U. Kortshagen, M. J. Kushner, N. J. Mason, S. Mazouffre, S. Mededovic Thagard, H.-R. Metelmann, A. Mizuno, E. Moreau, A. B. Murphy, B. A. Niemira, G. S. Oehrlein, Z. Lj. Petrovic, L. C. Pitchford, Y.-K. Pu, S. Rauf, O. Sakai, S. Samukawa, S. Starikovskaia, J. Tennyson, K. Terashima, M. M. Turner, M. C. M. van de Sanden, A. Vardelle. J. Phys. D: Appl. Phys., 50 (2017) 323001, doi: 10.1088/1361-6463/aa76f5

5. I. Adamovich, S. Agarwal, E. Ahedo, L. L. Alves, S. Baalrud, N. Babaeva, A. Bogaerts, A. Bourdon, P. J. Bruggeman, C. Canal, E. H. Choi, S. Coulombe, Z. Donkó, D. B. Graves, S. Hamaguchi, D. Hegemann, M. Hori, H.-H. Kim, G. M. W. Kroesen, M. J. Kushner, A. Laricchiuta, X. Li, T. E. Magin, S. Mededovic Thagard, V. Miller, A. B. Murphy, G. S. Oehrlein, N. Puac, R. M. Sankaran, S. Samukawa, M. Shiratani, M. Šimek, N. Tarasenko, K. Terashima, E. Thomas Jr., J. Trieschmann, S. Tsikata, M. M. Turner, I. J. van der Walt, M. C. M. van de Sanden, T. von Woedtke. J. Phys. D: Appl. Phys., 55 (2022) 373001, doi: 10.1088/1361-6463/ac5e1c

6. Yu. A. Lebedev. Plasma Phys. Rep., 43 (2017) 685—695, doi: 10.1134/S1063780X17060101

7. Yu. A. Lebedev. High Temperature, 56 (2018) 811—820, doi: 10.1134/S0018151X18050280

8. Yu. A. Lebedev. Polymers, 13 (2021) 1678—1706, doi: 10.3390/polym13111678

9. Yu. A. Lebedev, G. V. Krashevskaya, T. S. Batukaev, I. L. Epstein. Plasma Proc. Polym., 18 (2021) 2100051, doi: 10.1002/ppap.202100051

10. Yu. A. Lebedev, G. V. Krashevskaya, T. S. Batukaev, A. V. Mikhaylyuk. Plasma Proc. Polym., 19 (2022) 2100215, doi: 10.1002/ppap.202100215

11. Т. S. Batukaev, I. V. Bilera, G. V. Krashevskaya, Yu. A. Lebedev, I. L. Epstein. Plasma Proc. Polym., 20 (2023) e2300015, doi: 10.1002/ppap.202300015

12. Yu. A. Lebedev, T. S. Batukaev, I. V. Bilera, A. V. Tatarinov, A. Yu. Titov, I. L. Epstein. Plasma Physics Reports, 50 (2024) 999—1010, doi: 10.1134/S1063780X24601238

13. T. S. Batukaev, I. V. Bilera, G. V. Krashevskaya, Yu. A. Lebedev. Processes 11 (2023) 2292—2314, doi: 10.3390/pr11082292

14. S. Nomura, H. Toyota, S. Mukasa, H. Yamashita, T. Maehara, A. Kawashima. J. Appl. Phys., 106 (2009) 073306, doi: 10.1063/1.3236575

15. S. Nomura, H. Toyota, M. Tawara, H. Yamashita, K. Matsumoto. Appl. Phys. Lett., 88 (2006) 231502, doi: 10.1063/1.2210448

16. K. A. Averin, I. V. Bilera, Yu. A. Lebedev, V. A. Shakhatov, I. L. Epstein. Plasma Proc. Polym., 16 (2019) 1800198, doi: 10.1002/ppap.201800198

17. Yu. A. Lebedev, K. A. Averin, A. V. Tatarinov. High Energy Chem., 54 (2019) 331—335, doi: 10.1134/S0018143919030032

18. T. S. Batukaev, I. V. Bilera, G. V. Krashevskaya, Yu. A. Lebedev, N. A. Nazarov. Plasma, 6 (2023) 115—126, doi: 10.3390/plasma6010010

19. Z. Yu, B. Sun, G. Ding, J. Liu, X. Zhu, Y. Xin. J. Anal. Appl. Pyrolysis, 190 (2025) 107119, doi: 10.1016/j.jaap.2025.107119

20. Т. С. Батукаев, И. В. Билера, Г. В. Крашевская, Ю. А. Лебедев, В. К. Шумилов. Письма в ЖТФ, 51 (2025), 50—53, doi: 10.61011/PJTF.2025.21.61529.20428

21. T. Zhu, B. Sun, X. Zhu, L. Wang, Y. Xin, J. Liu. J. Anal. Appl. Pyrolysis, 156 (2021) 105111, doi: 10.1016/j.jaap.2021.105111

22. B. Sun, X. Zhao, Y. Xin, X. Zhu. Int. J. Hydr. Energy, 42 (2017) 24047—24054, doi: 10.1016/j.ijhydene.2017.08.052

23. X. Zhao, B. Sun, X. Zhu, Z. Yan, H. Liu, Y. Liu. Comtrib. Plasma Phys., 56 (2016) 968—974, doi: 10.1002/ctpp.201600011

24. B. Wang, B. Sun, X. Zhu, Z. Yan, Y. Liu, H. Liu, Q. Liu. Int. J. Hydr. Energy, 41 (2016) 7280—7291, doi: 10.1016/j.ijhydene.2016.03.110

25. B. Sun, X. Zhao, Y. Xin, X. Zhu. Int. J. Hydr. Energy, 42 (2017) 24047—24054, doi: 10.1016/j.ijhydene.2017.08.052

26. R. Shiraishi, S. Nomura, S. Mukasa, R. Nakano, R. Kamatoko. Int. J. Hydr. Energy, 43 (2018) 4305—4310, doi: 10.1016/j.ijhydene.2018.01.060

27. X. Zhao, B. Sun, T. Zhu, X. Zhu, Z. Yan, Y. Xin, X. Sun. Renewable Energy, 156 (2020) 768—776, doi: 10.1016/j.renene.2020.04.088

28. T. Zhu, B. Sun, X. Zhu, L. Wang, Y. Xin, J. Liu. J. Anal. Appl. Pyrolysis, 156 (2021) 105111, doi: 10.1016/j.jaap.2021.105111

29. J.-L. Liu, T. H. Zhu, B. Sun. Int. J. Hydr. Energy, 47 (2022) 12841—12854, doi: 10.1016/j.ijhydene.2022.02.041

30. Y. Xin, Q. Wang, J. Sun, B. Sun. Appl. Energy, 325 (2022) 119892, doi: 10.1016/j.apenergy.2022.119892

31. Yu. A. Lebedev, K. A. Averin. J. Phys. D: Appl. Phys., 51 (2018) 214005, doi: 10.1088/1361-6463/aabea2