[发明专利]利用二次阳极氧化铝模板制备CdS纳米线的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体纳米材料领域，特别涉及一种利用二次阳极氧化铝模板制备半导体纳米线的方法；用二次阳极氧化铝膜（AAO）为模板，通过控制沉积电位，在水溶液中制备CdS纳米线。该方法价格低廉，制备方便，纳米线排列整齐，长度、直径可控。

背景技术

目前制备CdS纳米材料的方法大多采用化学方法，主要包括溶胶-凝胶法、水热及溶剂热合成法、化学沉淀法、模板法等。但溶胶-凝胶法原材料价格昂贵，凝胶颗粒之间烧结性差；水热合成法及化学沉淀法制备的CdS纳米线分散在溶液当中，不能形成有序阵列，影响了CdS纳米线本身的性能及应用。而模板电化学合成技术所采用的设备简单，易于操作，常温常压即可进行，生产成本低，易于实现工业化生产，是一种精巧的制备纳米尺度材料的化学方法。二次阳极氧化法制备的阳极氧化铝（Anodic Aluminum Oxide，AAO）模板孔径可控，且大小一致，柱状孔垂直于膜面，孔与孔之间独立，孔洞呈有序的柱状排列。在阳极氧化铝多孔膜（AAO）的孔中可进行材料合成，易于收集，采用此方法已制备了聚合物、金属、半导体等多种物质。

目前，制备CdS纳米线使用最多的方法是模板法，研究者使用AAO模板结合化学法、交流电沉积法获得了CdS纳米线，但是交流电场连续变化使得生成的CdS存在大量缺陷。大多数制备CdS的电解液存在的问题是：应用二甲基亚砜有机溶液，反应温度较高，一般在100℃以上；使用NaS作为硫源，电解液非常不稳定，往往没有开始制备就已经生成CdS沉淀，不能生成需要的CdS纳米线。而本发明中CdS纳米线制备的电解液组成简单，在低电压下就可制备，成本低，且制备的CdS纳米线阵列排列整齐、有序，纳米管直径、长度可控。目前查阅国内文献，未见报道。CdS由于具有足够负的平带电位及良好的可见光吸收性能，成为光催化剂研究的重点半导体材料之一。与块体材料相比，CdS纳米线具有很高的比表面积、光电催化活性及其他一些特殊的性能，因而，在光催化、光解水制氢、光敏化、太阳能电池领域有着广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的就是以二次氧化法制备的AAO膜为模板，通过控制电解液浓度，沉积时间和沉积温度制备CdS纳米线。

本发明的技术方案如下：

一种利用二次阳极氧化铝模板制备半导体纳米线的方法；将二次阳极氧化铝膜电极置于电解液中，控电位沉积CdS纳米线，沉积电位为-0.9～-1.1V，电解液温度为30～60℃；然后将二次阳极氧化铝膜电极经超声清洗，放入烘箱烘干后，得到CdS纳米线。

所述的三氯化钛电解液为：CdCl₂0.01～0.06mol/L，Na₂S₂O₃0.02～0.10mol/L，EDTA0.02～0.06mol/L，NH₃·H₂O0.5～1.0mol/L，NH₄Cl0.5～1.0mol/L。

所制备的CdS纳米线，直径为80～120nm，长度为1～10μm。

控电位沉积CdS纳米线，可以利用电化学工作站及配套软件结合三电极体系（辅助电极为铂网，参比电极为饱和甘汞电极SCE，工作电极为底部喷金的二次阳极氧化铝膜电极）来控制二次阳极氧化铝膜电极的电极电位。

本发明的二次阳极氧化铝模板制备方法，可以直接使用现有的二次阳极氧化铝膜（AAO）为模板；或采用我们已经申请的专利的方法，申请号为201210164263.7的如下方法：将高纯铝片机械抛光、除油后置于3wt%的草酸溶液中，在40V～60V电压下进行一次阳极氧化，然后将经过一次阳极氧化的铝片放入浓度为2wt%的铬酸溶液中除去一次氧化膜；将除完一次氧化膜的铝片置于3wt%的草酸溶液中，在40V～60V电压下进行二次阳极氧化；将二次阳极氧化膜从铝基体上剥离后浸泡在5wt%H₃PO₄溶液中去除阻挡层，获得贯通AAO膜；在贯通的AAO膜一面溅射一层Au膜作为导电层，固定在Cu片上，制成AAO模板。

本发明的优点为：

（1）所采用的设备简单，易于操作，生产成本低，容易实现工业化生产。

（2）该工艺下制备CdS纳米线速度快，大大缩短了制备时间。

（3）在水溶液中进行制备，镀液组成单一，废液处理简单，可避免使用有毒有机溶剂所造成的污染。

（4）应用本方法制备的CdS纳米线纳米线排列整齐，长度、直径可控。

附图说明