Российские ученые создали мощный катализатор для получения кремния

Андрей Воротынцев

Химики разработали катализатор, который упростит получение кремния. Этот элемент применяется при создании жидкокристаллических экранов и солнечных батарей. Работа выполнена в рамках проекта, поддерживаемого грантом Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда, а ее результаты опубликованы в Journal of Catalysis.

Сотрудники Нижегородского государственного технического университета начали проект, который направлен на совершенствование традиционного способа производства поликристаллического кремния, который состоит из более мелких кристаллов. Этот элемент применяется в электронике, солнечной энергетике и кристаллографии – например, для изготовления жидкокристаллических экранов. Ученые хотят уменьшить себестоимость этого материала, повысить промышленную и экологическую безопасность производства за счет внедрения каталитических систем с высоким уровнем избирательности.

«Суть работы заключалась в создании катализаторов для получения моносилана – основного источника поликристаллического кремния. Впервые для этой реакции мы синтезировали и изучили ряд катализаторов на основе соединений имидазола. Была изучена каталитическая активность его различных производных, среди которых найдено наиболее перспективное соединение», – рассказал руководитель проекта Андрей Воротынцев, кандидат химических наук, старший научный сотрудник НГТУ имени Р. Е. Алексеева.

Есть несколько способов синтеза кремния, однако, из моносилана он получается более чистым. Моносилан, в свою очередь, синтезируют из трихлорсилана, который в ходе химической реакции играет роли как окислителя, так и восстановителя, то есть и принимает, и отдает электроны. Ученые разработали каталитические системы именно для этой реакции, потому что только с помощью нее можно создать высокочистый моносилан: более грязный не подходит для солнечной энергетике и микроэлектроники по своим характеристикам.

В рамках проекта ученые создали установку Operando ИК-Фурье спектроскопии. С ее помощью можно подробно изучать механизмы каталитических реакций. Результаты исследований на приборе позволяют предположить, что существует еще один механизм реакции.

«Разработанные каталитические системы можно применять на производствах по получению моносилана. Эти катализаторы имеют более высокую активность по сравнению с коммерческими аналогами, а, значит, и экономический эффект от внедрения таких соединений будет выше», – заключил Андрей Воротынцев.