三氯氢硅和四氯化硅是多晶硅行业中最重要的氯硅烷。目前四氯化硅主要使用冶金硅、硅铁、碳化硅和农业稻壳，通过氯化工艺生产。然而这种氯化过程存在反应温度高(400—1100 ℃)、设备腐蚀严重、能耗高和产品纯度低等缺点。受硅氢氯化反应生产三氯氢硅的启发，如果开发出新型催化剂降低三氯氢硅选择性、提高四氯化硅选择性，则可以使用目前应用于三氯氢硅生产的工业装置生产四氯化硅，根据市场的周期性需求可灵活调控三氯氢硅和四氯化硅产量，从而节省大量设备投资。
我校资源化工与材料教育部重点实验室与中科院过程工程研究所苏发兵研究员团队、中国石油大学李振兴教授团队合作研究，采用简单的氢气还原法制备了Ni-Ni₃P/SiO₂催化剂，将其应用于硅氢氯化反应催化生产四氯化硅。在325—400 ℃反应条件下，四氯化硅选择性＞90%，三氯氢硅选择性<10%。基于密度泛函理论的计算表明，P修饰的Ni基催化剂促进了HCl键的断裂，使产物向四氯化硅转化。通过使用团队报道的CuO基催化剂和本工作中开发的Ni-Ni₃P/SiO₂催化剂，在一个反应器中可以实现三氯氢硅和四氯化硅的灵活调控合成。该项工作不仅加深了对硅氢氯化反应的认识，同时为四氯化硅的催化合成提供了一种新方法。



Ni-Ni₃P/SiO₂催化剂催化硅氢氯化反应的机理示意图
该研究发表于化学工程领域国际期刊Industrial & Engineering Chemistry Research (论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.iecr.1c05021)。沈阳化工大学科教融合学院化学工程专业硕士研究生罗家成俊、中国石油大学博士研究生宋少佳和中科院过程工程研究所副研究员李晶为该论文的共同第一作者。通过科教融合培养，罗家成俊同学不但训练了创新研究能力，还很好地与其它高水平高校及研究所的高年级同学进行了很好合作，多方面得到培养和成长。本研究工作还得到国家自然科学基金(21978299和21878301)和中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室开放研究基金(MPCS-2021-D-08)的支持。