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NF3是一种用于半导体工业的新型蚀刻气和清洗剂,使用量逐年攀升。研究发现NF3是一种温室气体,其温室效应潜值(GWP)为17200,大气寿命约740年。无水条件下NF3与金属氧化物直接反应,生成金属氟化物,可有效消除NF3废气。 本论文用浸渍法分别制备了MgO、Al2O3基体负载的过渡金属氧化物脱氟剂,考察了无水条件下NF3在这些脱氟剂上的分解反应,研究了过渡金属类型、过渡金属负载量对脱氟剂反应活性的影响,用BET、XRD、FTIR、EDX等技术对反应前后的脱氟剂进行了结构表征,得到以下结果: (1)400℃时NF3可在MgO上发生分解,但MgO自身的脱氟活性不高,在给定的反应条件下NF3全转化时间仅80min。将10％过渡金属(Fe、Co、Ni、Cu、Zn)负载在MgO表面制得改性MgO,脱氟活性得到了较大程度的提高,其中10%Fe/MgO上的NF3全转化时间达360min。 过渡金属负载量对脱氟剂的活性有一定影响,在本实验范围内Fe、Co、Ni、Cu、Zn在MgO上的最佳负载量分别为12%、10%、10%、10%~12%、12%,对应脱氟剂上的NF3全转化时间分别为380min、300min、300min、260min、160min,12%Fe/MgO的脱氟活性较高。 过渡金属改性MgO活性提高的可能原因:第一,改性MgO的比表面积增大,提高了NF3的扩散速率,有利于NF3分解反应的进行;第二,反应过程中MgO表面的过渡金属氧化物先与NF3反应转化为过渡金属氟化物,过渡金属氟化物再与(内层的)MgO基体进行F-/O2-传递反应(热力学数据计算表明,这种反应可自发进行),生成MgF2,过渡金属氧化物得以再生,重复上述反应,从而提高了脱氟剂的利用率和反应活性。 (2)过渡金属改性Al2O3脱氟剂的活性顺序为Co/Al2O3>Fe/Al2O3>Cu/Al2O3>Ni/Al2O3?Al2O3,但过渡金属负载量对脱氟活性的影响不大。 对Co/Al2O3系列样品进行了BET测试,与纯Al2O3相比,改性脱氟剂的比表面积有所下降,但活性提高了,说明表面CoOx对Al2O3基体有助剂效应(热力学计算表明,Al2O3表面的过渡金属氧化物与NF3反应生成的过渡金属氟化物,可与内层的Al2O3基体进行自发的F-/O2-传递反应,这可能是助剂效应的表现形式)。 相反的是,碱土金属改性Al2O3活性不及纯Al2O3,且碱土金属负载量越高,活性下降越明显;热力学计算表明,Al2O3表面的碱土金属氧化物与NF3反应生成的碱土金属氟化物,不能与Al2O3基体发生F-/O2-传递反应。