2297
Південнокорейські дослідники створили каталізатор для руйнування тетрафторметану CF₄ — одного з найстійкіших парникових газів, які використовують у виробництві напівпровідників. У прискорених тестах новий матеріал не лише розкладав CF₄ ефективніше за звичайну оксидну систему, а й майже не втрачав активності після 150 годин роботи при температурі близько 800 градусів Цельсія.
CF₄ застосовують у технологічних процесах, зокрема під час сухого травлення кремнієвих пластин. Молекула складається з одного атома вуглецю та чотирьох атомів фтору, а зв’язок C–F належить до найміцніших у хімії.
Саме тому газ дуже важко зруйнувати. Якщо він потрапляє в атмосферу, його час життя оцінюють приблизно у 50 тисяч років. За потенціалом глобального потепління CF₄ більш ніж у шість тисяч разів потужніший за вуглекислий газ.
На виробництві залишковий газ намагаються розкладати при високій температурі за участю пари й каталізатора. Але тут виникає інша проблема: під час реакції утворюється фтороводень HF, який у присутності вологи створює агресивне корозійне середовище.
Звичайні каталізатори поступово деградують. Їхні дрібні частинки злипаються в більші агрегати, змінюється структура матеріалу, а площа активної поверхні скорочується. Тому з часом ефективність очищення падає.
Команда KAIST разом із дослідниками Samsung Electronics застосувала принцип ентропійної стабілізації. Замість одного або двох металів у кристалічну структуру рівномірно ввели одразу алюміній, цинк, галій, нікель і кобальт.
На перший погляд така атомна «невпорядкованість» повинна ускладнювати матеріал. Насправді змішування багатьох компонентів стабілізує кристалічну фазу й заважає частинкам легко перегруповуватися та злипатися.
Отриманий ентропійно стабілізований алюмінат продемонстрував приблизно у 2,3 раза вищу внутрішню активність розкладання CF₄ порівняно зі звичайним оксидом алюмінію.
Під час тесту при близько 800°C протягом 150 годин звичайний каталізатор втратив значну частину ефективності: конверсія CF₄ впала з 93% до 48%. У нового матеріалу вона знизилася лише з 98% до 92%.
Ізотопні експерименти також допомогли простежити механізм реакції. Каталізатор спочатку віддає кисень зі своєї структури для руйнування CF₄, а водяна пара потім поповнює цей запас. Автори описують це як своєрідну систему «перезаправлення киснем» і вважають, що той самий принцип можна адаптувати до інших газів напівпровідникового виробництва.
https://phys.org/news/2026-09-power-disorder-cf-semiconductor-greenhouse.html
