NF3在MgO和Al2O3負(fù)載過渡金屬氧化物上的分解反應(yīng).pdf

1、碩士學(xué)位論文NF3在MgO和Al2O3負(fù)載過渡金屬氧化物上的分解反應(yīng)研究生姓名：王亞楠指導(dǎo)教師：徐秀峰（教授）學(xué)科門類：理學(xué)專業(yè)名稱：物理化學(xué)論文提交日期：2012年5月學(xué)號：200907303004分類號：O643I摘要NF3是一種用于半導(dǎo)體工業(yè)的新型蝕刻氣和清洗劑，使用量逐年攀升。研究發(fā)現(xiàn)NF3是一種溫室氣體，其溫室效應(yīng)潛值（GWP）為17200，大氣壽命約740年。無水條件下NF3與金屬氧化物直接反應(yīng)，生成金屬氟化物，可有效消除N

2、F3廢氣。本論文用浸漬法分別制備了MgO、Al2O3基體負(fù)載的過渡金屬氧化物脫氟劑，考察了無水條件下NF3在這些脫氟劑上的分解反應(yīng)，研究了過渡金屬類型、過渡金屬負(fù)載量對脫氟劑反應(yīng)活性的影響，用BET、XRD、FTIR、EDX等技術(shù)對反應(yīng)前后的脫氟劑進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征，得到以下結(jié)果：（1）400℃時NF3可在MgO上發(fā)生分解，但MgO自身的脫氟活性不高，在給定的反應(yīng)條件下NF3全轉(zhuǎn)化時間僅80min。將10%過渡金屬（Fe、Co、Ni、Cu、

3、Zn）負(fù)載在MgO表面制得改性MgO，脫氟活性得到了較大程度的提高，其中10%FeMgO上的NF3全轉(zhuǎn)化時間達(dá)360min。過渡金屬負(fù)載量對脫氟劑的活性有一定影響，在本實驗范圍內(nèi)Fe、Co、Ni、Cu、Zn在MgO上的最佳負(fù)載量分別為12%、10%、10%、10%~12%、12%，對應(yīng)脫氟劑上的NF3全轉(zhuǎn)化時間分別為380min、300min、300min、260min、160min，12%FeMgO的脫氟活性較高。過渡金屬改性MgO活

4、性提高的可能原因：第一，改性MgO的比表面積增大，提高了NF3的擴(kuò)散速率，有利于NF3分解反應(yīng)的進(jìn)行；第二，反應(yīng)過程中MgO表面的過渡金屬氧化物先與NF3反應(yīng)轉(zhuǎn)化為過渡金屬氟化物，過渡金屬氟化物再與（內(nèi)層的）MgO基體進(jìn)行FO2傳遞反應(yīng)（熱力學(xué)數(shù)據(jù)計算表明，這種反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行），生成MgF2，過渡金屬氧化物得以再生，重復(fù)上述反應(yīng)，從而提高了脫氟劑的利用率和反應(yīng)活性。（2）過渡金屬改性Al2O3脫氟劑的活性順序為CoAl2O3FeAl2O

5、3CuAl2O3NiAl2O3?Al2O3，但過渡金屬負(fù)載量對脫氟活性的影響不大。對CoAl2O3系列樣品進(jìn)行了BET測試，與純Al2O3相比，改性脫氟劑的比表面積有所下降，但活性提高了，說明表面CoOx對Al2O3基體有助劑效應(yīng)（熱力學(xué)計算表明，Al2O3表面的過渡金屬氧化物與NF3反應(yīng)生成的過渡金屬氟化物，可與內(nèi)層的Al2O3基體進(jìn)行自發(fā)的FO2傳遞反應(yīng)，這可能是助劑效應(yīng)的表現(xiàn)形式）。相反的是，堿土金屬改性Al2O3活性不及純Al2