[发明专利]一种金属/合金纳米颗粒-半导体纳米线或纳米棒的复合纳米体系的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米复合材料制备领域，尤其涉及一种金属/合金纳米颗粒-半导体纳米线或纳米棒的复合纳米体系的制备方法。 

背景技术

近年来，由于贵金属以及其合金纳米颗粒在催化，拉曼增强和光电器件等领域的广泛应用，这些金属或合金纳米颗粒的制备已经广泛的吸引了人们的注意。在过去一些年内，胶体化学和电化学方法已经被用作制备银、铜、铂、金等金属纳米颗粒。硅、锗一维纳米材料(纳米线、纳米棒)相对其块体材料而言，由于尺寸效应和量子效应，展现出了更为优越的性能。随着科技的发展，硅、锗纳米线或纳米棒已经应用在场效应晶体管、逻辑电路和传感器等领域。硅、锗纳米线或纳米棒已经可以通过激光烧融法、化学气相沉积法、热蒸发法、溶液刻蚀法等方法合成高质量的硅、锗纳米线，可以通过调节反应时间或其他条件来控制纳米线的长度，而短的纳米线可以称作纳米棒。如果用氢氟酸水溶液去除硅、锗纳米线或纳米棒表面的一层原位氧化物，形成氢终止的硅、锗纳米线或纳米棒，后与单一金属离子或多种金属离子发生氧化还原反应，在硅、锗纳米线或纳米棒表面形成金属纳米颗粒或合金纳米颗粒均匀包覆的复合纳米体系。这些金属/合金纳米颗粒-半导体纳米线的复合体系在高效催化、表面增强拉曼检测等领域中具有很好的应用。 

发明内容

本发明的目的是提出一种金属/合金纳米颗粒-半导体纳米线或纳米棒的复合纳米体系的制备方法。以激光烧融法、化学气相沉积法、热蒸发法、溶液刻蚀法等方法合成生成的硅纳米线或纳米棒或锗纳米线或纳米棒，用氢氟酸等处理形成表面氢终止的硅、锗纳米线或纳米棒，然后与金属盐水溶液中的金属离子发生还原反应，生成金属或合金纳米颗粒并包覆在纳米线表面形成金属/半导体纳米复合体系。调节金属盐水溶液的浓度，可以控制金属纳米颗粒的尺寸及包覆密度，选用不同直径的硅或锗纳米线也可以得到不同尺寸的纳米金属颗粒。 

本发明的目的，将通过以下技术方案得以实现： 

一种金属/合金纳米颗粒-半导体纳米线或纳米棒的复合纳米体系的制备方法，包括下述步骤： 

步骤一：将合成的半导体纳米线或纳米棒浸入氢氟酸水溶液，得到氢终止的半导体纳米线或纳米棒； 

步骤二：将步骤一得到的表面氢终止的半导体纳米线或纳米棒用去离子水清洗； 

步骤三：将经步骤二清洗后的半导体纳米线或纳米棒置于金属盐水溶液中反应； 

步骤四：将步骤三所得的产物用去离子水清洗，然后用氮气吹干，得到金属/合金纳米颗粒-半导体纳米线或纳米棒的复合纳米体系。 

进一步的上述的制备方法，其中：所述步骤一中的半导体纳米线或纳米棒为硅纳米线或硅纳米棒，或者锗纳米线或锗纳米棒。 

进一步的上述的制备方法，其中：所述硅纳米线或硅纳米棒，或者锗纳米线或锗纳米棒的合成方法包括：激光烧融法、化学气相沉积法、热蒸发法、氧辅助热蒸发法、超临界溶液法或者金属离子辅助刻蚀法。上述方法为现有技术，此处不再赘述。 

进一步的上述的制备方法，其中：所述步骤一中的氢氟酸水溶液的体积百分浓度为1％～49％。 

进一步的上述的制备方法，其中：所述半导体纳米线或纳米棒为锗纳米线或锗纳米棒，步骤一中的氢氟酸水溶液替换为盐酸水溶液，所述盐酸水溶液的体积百分浓度为5％～30％。 

进一步的上述的制备方法，其中：所述步骤一中的氢氟酸水溶液处理的时间为10秒钟～30分钟。 

进一步的上述的制备方法，其中：所述步骤三中的金属盐水溶液中包括至少一种包含有银、铜、金、铂、钯、铑或钌的金属盐水溶液。 

进一步的上述的制备方法，其中：所述步骤三中的金属盐水溶液的物质的量浓度为10^-5mol/L～1mol/L。 

进一步的上述的制备方法，其中：所述步骤三中的反应温度范围为0℃～90℃，反应时间为5秒钟～60分钟。 

本发明方法制备的复合纳米体系在高效催化、表面增强拉曼检测等领域中具有很好的应用。如：用氢终止的锗纳米线还原10^-3mol/L AgNO₃中的Ag⁺形成的AgNPs/GeNWs复合体系，可以作为拉曼增强检测基底，检测罗丹明6G(R6G)分子，检测极限为10^-16mol/L。 

附图说明

图1是本发明方法制备金属纳米颗粒-锗或者硅纳米线的复合纳米体系的反应流程和氧化、还原半反应图； 

图2a是本发明实施例1未反应前锗纳米线的扫描电镜照片；