[发明专利]使氯硅烷加氢脱氯成氢硅烷的催化剂及用该催化剂合成氢硅烷的方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过在存在基于金属锌的非均相催化剂的情况下用氢气使氯硅烷催化氢化而制备氢硅烷的方法，以及该催化剂。

背景技术

根据本发明的方法例如适合于使在合成纯硅时大量产生的四氯硅烷加氢脱氯生成三氯硅烷，其中三氯硅烷例如可以重新用于沉积硅或者可以通过根据本发明的方法进一步转化成其同系物二氯硅烷、氯硅烷和单硅烷。

根据本发明的方法的另一个应用例如是由烷基氯硅烷合成氢烷基氯硅烷。在该称作Müller-Rochow法的用于制备甲基氯硅烷的方法中，使氯甲烷与元素硅反应。在此，获得硅烷混合物，其除了含有诸如甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷的氯硅烷以外还含有氢硅烷，例如甲基二氯硅烷和二甲基氯硅烷。这些氢硅烷是令人非常感兴趣的，因为其例如可以通过氢化硅烷化反应转化成其他有机官能的硅烷。因为氢硅烷在该Müller-Rochow合成中仅作为副产物产生，所以其可用性严重受限。因此，令人感兴趣的是，与Müller-Rochow法脱离，针对性地将氯硅烷转化成氢硅烷。

已知用于从氯硅烷合成氢硅烷的各种不同的方法。

根据现有技术，通常通过在非常高的温度下的热转化而实施高纯度四氯硅烷的加氢脱氯。

因此，US 3,933,985描述了在从900℃至1200℃的范围内的温度下及在H₂∶SiCl₄的摩尔比例为从1∶1至3∶1的情况下四氯硅烷与氢反应生成三氯硅烷的反应。其描述了产率为12至13％。

专利US 4,217,334报告了一种通过在从900℃至1200℃的温度范围内用氢使四氯硅烷氢化而使四氯硅烷转化为三氯硅烷的优化方法。通过高的H₂∶SiCl₄摩尔比例(高达50∶1)及对热的产物气体实施液体急冷至低于300℃，实现了明显更高的三氯硅烷产率(高达约35％，在H₂∶四氯硅烷为5∶1的情况下)。该方法的缺点是氢在反应气体中的比例明显更高及所实施的利用液体急冷，这两种情况均显著增加该方法的能量消耗及因此增加了成本。

除了这些纯热力学过程，还已知与由文献公开的复合金属氢化物例如钠铝氢化物或锂铝氢化物的反应，尤其是与贱金属的化学计量反应。

因此，US 5,329,038描述了一种方法，其中在存在选自铜、锌和锡的催化剂的情况下从氯硅烷通过与氢源和作为氯化物清除剂的铝的反应获得氢硅烷，其中必须以化学计量使用铝并产生对应的氯化铝作为副产物。

US 2,406,605描述了一种类似的方法，其中使用化学计量的铝、镁或锌在不使用催化剂的情况下进行反应，但是同样产生等摩尔量的对应氯化物。

EP 0 412 342描述了一种方法，其中使细碎的铝在由氯化铝和氯化钠组成的盐熔体中与氢反应生成氢化物，并消耗该氢化物用于使卤素取代的第2至第4周期的化合物转化成对应的氢化化合物。

EP 0 714 900描述了一种方法，其中氯硅烷与氢在由选自钉、铑、钯、锇、铱和铂的金属组成的在载体材料上的非均相催化剂上反应生成对应的氢化衍生物。

所有这些已知的方法是常用的，它们在非常高的温度下实施，或者使用化学计量的氯化物清除剂或产生的副产品和副产物，或者使用在工艺技术上成问题的金属熔体和盐熔体，导致该方法不经济，或者尤其是在化学计量反应的情况下，形成大量的副产物。

发明内容

因此，本发明的目的是改进现有技术，尤其是开发一种经济且通用的方法，其允许在工业上可操作的温度范围内用分子氢使氯硅烷进行非均相催化的加氢脱氯。

出人意料地发现，可以在提高的温度下在存在由金属氧化物组成的载体中的催化量的元素锌的情况下在任意的氯硅烷与氢气的反应中获得氢硅烷。

因此，本发明涉及用于制备以下通式的氢硅烷的方法

R_nCl_3-nSiH

该方法是在存在优选分散在基于优选高熔点的金属氧化物的载体上的催化量的锌和/或含锌合金(K)的情况下通过以下通式的氯硅烷与氢气的反应进行的

R_nCl_4-nSi

其中，两式中的基团R均同时及彼此独立地代表氢原子、具有1至18个碳原子的、任选经取代或未经取代的烃基，优选为优选具有1至18个碳原子、更优选1至12个碳原子、特别优选1至8个碳原子的、任选经取代或未经取代的烷基或芳基，特别优选为甲基、苯基或乙基，而n可以取1至3的值。