En miljøvenlig måde at omdanne silicium til nanopartikler

Skoltech -forskere og deres kolleger fra Lomonosov Moscow State University (MSU) har udviklet en ny metode til genbrug af silicium. Deres forskning blev offentliggjort i ACS Bæredygtig kemi og teknik .

Størstedelen af ​​solpaneler, der produceres i stadig større mængder, bruger silicium. Solpaneler, der normalt har en levetid på 25 til 30 år, har en tendens til at nedbrydes og producere mindre elektricitet over tid, at gøre genanvendelse af siliciumaffald til et problem med en hurtig knap. Hvis vi ikke gør noget for at genbruge siliciumaffald, vores planet vil ende med at blive rodet med 60 millioner tons brugte solcellepaneler inden 2050. Omdannelse af silicium til siliciumoxid -nanopartikler har vigtige konsekvenser for miljøet ved at håndtere spørgsmålet om genbrug af siliciumaffald og levere en ny kilde til nanopartikler til forskellige anvendelser inden for videnskab og industri.

En gruppe forskere ledet af Stanislav Evlashin, seniorforsker ved Skoltech Center for Design, Fremstilling og materialer (CDMM), demonstreret en enkel og 100% effektiv metode til at omdanne siliciumskiver til nanopartikler i en vandig opløsning. Denne opdagelse kan hjælpe med at finde en miljøvenlig måde til genbrug af silicium uden brug af giftige kemikalier.

Den nye kontrollerbare konverteringsproces gør det muligt at kontrollere størrelserne på nanopartiklerne, som derefter kan genbruges i optik, fotonik, medicin, og andre felter.

"De brugte paneler omdannes til nanopartikler ved hjælp af hydrotermisk syntese i et vandigt miljø. Det gode ved denne proces er, at nanopartikelstørrelser kan kontrolleres inden for et område på 8 til 50 nm uden at bruge meget udstyr, "forklarer Evlashin.

Forskerne brugte tre typer siliciumskiver i eksperimentet:HR (High resistivity), N-type (kvælstofdopet), og P-type (fosfor-dopet). Deres teoretiske beregninger baseret på densitet funktionel teori viste, at Si-H bindinger dannes på overfladen af ​​HR-plader, selv uden at bruge ammoniak som en katalysator. Reaktionen kan også fremskyndes ved hjælp af additiver, såsom fosfor og bordopanter, og molekylære defekter (i tilfælde af solpaneler).

"Langt de fleste metoder, der bruges til at syntetisere nanopartikler af siliciumoxid, er baseret på bottom-up-tilgangen og derfor, bruge alkoxider som en forløber. Derimod, vores er en top-down metode, der bruger bulk silicium som kilde, hvilket skaber et væld af fordele, såsom enkelhed, skalerbarhed, og kontrollerbar partikelstørrelsesfordeling. Temperatur og hydrolysetid er de vigtigste parametre for syntesen, der påvirker partikelstørrelsesfordelingen. Vi bemærkede, at en stigning i pH har en stærk effekt på partikeldannelseshastigheden. Derfor brugte vi ammoniak, hvilket gjorde reaktionen i et vandigt medium meget hurtigere, "siger Julia Bondareva, en Skoltech Ph.D. studerende.

"Vi besluttede at finde ud af, hvordan nanopartikler dannes i processen, blandt andet. At gøre dette, vi brugte en heterogen nukleationsmodel med et begrænset antal nukleationscentre fordelt over siliciumkildeoverfladen, "siger Timur Aslyamov, seniorforsker ved Skoltech.

Ved siden af ​​rent silicium, forskerne brugte industrielle solpaneler baseret på Si-ITO heterostrukturen, der opførte sig på samme måde som siliciumpaneler og med succes blev omdannet til nanopartikler. Denne forskning markerer en vigtig milepæl i retning af miljøvenlig genanvendelse af siliciumaffald og skabelse af nye kilder til siliciumoxid -nanopartikler.