Разработан экологический чистый способ преобразования кремния в наночастицы — Naked Science
07.09.2020
Сколтех

Разработан экологический чистый способ преобразования кремния в наночастицы

4.5

Если не заниматься переработкой, то к 2050 году мир столкнется с 60 миллионами тонн отработанных фотоэлектрических пластин. Ученые из Сколтеха совместно с коллегами из МГУ разработали новый способ переработки кремниевых пластин. Открытие может помочь отыскать экологичный способ утилизации кремния без использования токсичных реагентов.

Схема преобразования кремния в наночастицы / ©Пресс-служба Сколтеха

Результаты исследования опубликованы в ACS Sustainable Chemistry & Engineering. Большинство фотоэлектрических ячеек используют кремний, а объемы их производства растут с каждым годом. Обычно срок эксплуатации солнечных панелей составляет 25-30 лет. Со временем панели деградируют и вырабатывают все меньше и меньше электричества, в связи с чем ученым необходимо найти способ повторного использования отработанного кремния.

Если не обращаться к переработке, то к 2050 году мир столкнется с 60 миллионами тонн отработанных фотоэлектрических пластин. Преобразование кремния в наночастицы оксида кремния — экологически важная задача, поскольку она не только решает проблему переработки отработанного кремния, но и предлагает новый источник наночастиц для различных областей науки и промышленности.

Группа ученых под руководством старшего научного сотрудника Сколтеха Станислава Евлашина продемонстрировала простой способ конвертации кремниевых панелей в наночастицы в водном растворе со стопроцентной эффективностью. Это открытие может помочь отыскать экологичный способ утилизации кремния без использования токсичных реагентов.

Поскольку изменение условий процесса преобразования позволяет контролировать размер полученных частиц, то конвертированные в наночастицы кремниевые панели могут быть повторно использованы в оптике, фотонике, медицине и других областях. «Для преобразования панелей в наночастицы использовался метод гидротермального синтеза в водной среде. Процесс хорош тем, что не требует большого количества оборудования, однако позволяет контролировать размер частиц в пределах 8-50 нм»,- поясняет старший научный сотрудник Центра проектирования производственных технологий и материалов Сколтеха Станислав Евлашин.

В эксперименте использовались три вида кремниевых пластин: HR (кремний с высоким удельным сопротивлением), N-тип (легированный азотом) и P-тип (легированный фосфором). Теоретические расчеты с использованием теории функционала плотности показали, что Si-H связи формировались на поверхности HR-пластин даже в отсутствии аммиака, который выступает в качестве катализатора. Помимо аммиака, скорость реакции так же могут увеличить примеси, такие как легирующие фосфор и бор, и молекулярные дефекты (в случае использования солнечных панелей).

«Подавляющее большинство методов синтеза наночастиц оксида кремния являются восходящими, то есть в них алкоксиды используются в качестве прекурсора для синтеза частиц. Описанный в нашей работе процесс является нисходящим и использует объемные кремниевые пластины в качестве источника, за счет этого он обладает рядом преимуществ, таких как простота, масштабируемость и возможность контролировать размер частиц.

Основными параметрами синтеза являются температура и время гидролиза, именно они влияют на распределение частиц по размерам. Мы заметили, что увеличение pH имеет сильное влияние на скорость формирования частиц, поэтому в экспериментах был использован аммиак, который значительно ускорял реакцию, протекающую в водной среде» – объясняет аспирантка Cколтеха Юлия Бондарева.

«Помимо всего прочего, мы решили разобраться в механизме процесса формирования наночастиц. Для этого мы использовали модель гетерогенной нуклеации, в которой конечное число центров нуклеации распределено по поверхности кремниевого источника», – говорит старший научный сотрудник Сколтеха Тимур Аслямов.

В экспериментах помимо чистого кремния были использованы и промышленные солнечные панели, основанные на Si-ITO гетероструктуре, которые вели себя так же, как и кремниевые пластины и были успешно переработаны в наночастицы. Результаты этого исследования представляют собой важнейший шаг в направлениях экологичной утилизации кремниевых отходов и создания новых источников наночастиц оксида кремния.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
30 июля
Мария Азарова

Генеральный конструктор «Энергии» и руководитель полета российского сегмента МКС Владимир Соловьев назвал причину незапланированного включения двигателей нового модуля «Наука», из-за которого станцию развернуло на 45 градусов.

5 часов назад
Александр Березин

СМИ всего мира принялись рассказывать, что новые штаммы возникли из-за ослабления ограничений, снятия масок, а то и под воздействием вакцин. Якобы те оказали эволюционное давление, заставляющее вирус обходить вакцинную защиту. Увы, реальная биология указывает на совсем иную — и более устрашающую — картину. Разбираемся в деталях.

30 июля
Сколтех

Исследователи Сколтеха и их коллеги изучили самый продолжительный на сегодня случай заболевания Covid-19 у пациентки с ослабленным иммунитетом, которая болела 318 дней. Исследование позволило выявить мутации, которые помогают коронавирусу SARS-CoV-2 избегать клеточного иммунитета.

27 июля
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

25 июля
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

28 июля
Мария Азарова

Член Северо-Западной организации Федерации космонавтики России Александр Хохлов рассказал о проблемах, сопровождающих модуль «Наука» на пути к МКС, и объяснил, почему на долгожданную стыковку будет всего одна попытка.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: