氮是生物体重要的必需元素,固氮是将游离的氮元素转化为含氮化合物。目前人工固氮最主要的哈伯-博施技术造成了巨大的能源浪费与环境污染。空气温等离子体作为一种绿色清洁、安全的新兴固氮方式,有极大潜力代替哈伯-博施技术。当前空气温等离子体合成氮氧化物的效率仍难与哈伯-博施技术比较,主要是合成过程中关键成分一氧化氮（NO）的生成与优化机制不清楚导致。本文围绕空气温等离子体固氮过程,开展NO在线原位诊断研究,主要工作如下:1.设计搭建了空气温等离子体合成NO系统,以及基于激光吸收光谱法（LAS）的在线原位诊断系统。基于本文的实验条件,采用波长调制光谱技术增强吸收信号的信噪比。选取了以1 900.076 cm-1、1 900.517 cm-1为中心波数的两条吸收谱线分别进行测量。对诊断系统的各个参数进行了量化计算与优化。2.对空气温等离子体的气体温度与NO浓度进行了在线原位诊断,得到了与放电轴垂直平面上的平均气体温度与平均NO浓度,及其沿放电轴方向的空间分布情况。研究了不同放电参数的影响,结果发现在不同放电条件下,气体温度与NO浓度分布趋势保持一致:从阴极到阳极,气体温度与NO浓度都呈现下降趋势。气流方向对气体温度与NO浓度没有明显影响。增大气流会降低气体温度和NO浓度,但NO合成速率更快。增大电流会明显提高气体温度和NO浓度。3.分析并优化了空气温等离子体合成NO的能量效率,并分析了不同放电参数对固氮能量效率的影响及其原因。改变气流方向对固氮能量效率影响较小。增大气流或放电间距会使固氮能量效率先升后降。增大电流会导致固氮能量效率降低。分析发现阴极区域的高能耗低产量是限制固氮能量效率的一个重要原因,约化电场强度估算结果表明,这是因为能量在传递过程中没有被优先利用于合成NO的反应过程。另外实验发现使气体尽量通过等离子体区域并充分参与反应能够有效提高固氮能量效率。由此优化直流辉光放电结构,将固氮能量效率由305 GJ/t N提高至209 GJ/t N。再次将放电形式由直流辉光放电改为旋转滑动电弧放电,在放电间距5 mm、气体流速20 slm、放电电流60 m A条件下进一步将固氮能量效率提高至188 GJ/t N。本文在低浓度、短吸收光程环境下,用激光吸收光谱法实现了空气温等离子体合成NO过程的在线原位诊断,基于此分析了限制空气温等离子体固氮能量效率的重要原因,为后续进一步研究空气温等离子体、提高固氮能量效率提供了重要思路和依据。