[发明专利]一种制备Si定点取代非晶纳米线阵列的方法

说明书

本发明涉及一种制备Si定点取代非晶纳米线阵列的方法，(1)将醋酸锌、氧化锗加入到水和乙二胺的混合溶剂中；(2)将步骤(1)得到的混合物经磁力搅拌得到均匀溶液；(3)将单晶Si片进行预处理，然后洗涤、干燥；(4)在步骤(2)得到的均匀溶液中加入预处理好的单晶Si片，然后进行水热反应；(5)将反应产物冷却，洗涤、干燥，在Si片上得到最终产物。与现有技术相比，本发明制备方法新颖，重复性好，产品性质稳定，具有更高的比表面积、表面活性和光利用效率，可广泛应用于光电器件、太阳能电池、锂离子电池和超级电容器等诸多储能领域。

技术领域

本发明涉及一种用作光电储能器件材料的制备方法，尤其是涉及一种无模板制备Si定点取代非晶纳米线阵列的方法。

背景技术

半导体纳米材料因特殊的光电性质及在能源和环境等领域中的巨大潜力而备受关注。目前，研究所涉及的半导体纳米材料大都是晶态的。相对而言，非晶半导体材料理论上在光电器件方面具有很多优势，如更高的比表面积、更高的表面活性和更高的光利用效率等。但非晶半导体纳米材料因合成困难，研究非常有限，这大大限制了非晶半导体材料的发展。其次，一维半导体纳米结构材料，包含纳米线，纳米棒，纳米管和纳米带等，一直是人们的关注焦点。一维材料通常具有大的比表面积，独特的电学、光学和化学性能，从而提供了更多的反应活性位点。光电研究机制表明，一维的纳米结构约束了电子的横向运动，引导电子沿轴向迁移，有利于电子的定向迁移，提高了光生电子和空穴的分离效率，延长了载流子的寿命，提高了材料的光催化性能。与二元金属氧化物相比，三元金属氧化物光催化体系由于其性质可以通过改变氧化物中各组元的比例可调，其所具有的与尺寸相关的新颖性逐渐成为人们研究的热点。

Zn₂GeO₄作为一种重要的宽禁带半导体材料(禁带宽度约4.5eV)，在光解水制氢、CO₂的还原、锂离子电池和超级电容器等方面应用广泛。至此，人们已研究制备出不同形貌的晶态Zn₂GeO₄材料，但制备超细，高长径比的Zn₂GeO₄纳米线阵列常常存在制备条件苛刻(通常需要添加表面活性剂或结构导向剂等来完成)，工艺复杂且费用昂贵等问题。采用制备条件温和的水热法所制备的形貌大多为长径比偏小的纳米短棒，相比于纳米线，不利于载流子从内部转移到表面，这大大降低了光催化(光电转换)效率。因此对于非晶态的Zn₂GeO₄或者基于Zn₂GeO₄的纳米线阵列的制备目前仍然面临巨大的挑战。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有优异光电催化性能的制备Si定点取代非晶纳米线阵列的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种制备Si定点取代非晶纳米线阵列的方法，采用以下步骤：

(1)将醋酸锌、氧化锗加入到水和乙二胺的混合溶剂中；

(2)将步骤(1)得到的混合物经磁力搅拌得到均匀溶液；

(3)将单晶Si片进行预处理，然后洗涤、干燥；

(4)在步骤(2)得到的均匀溶液中加入预处理好的单晶Si片，然后进行水热反应；

(5)将反应产物冷却，洗涤、干燥，在Si片上得到最终产物。

步骤(1)中所述的醋酸锌和氧化锗的质量比为1.0-2.0，水和乙二胺的体积比为1.0-2.0，醋酸锌在混合溶剂中的浓度为0.03～0.05M。

步骤(2)中控制磁力搅拌速率为500～1000r/min，控制温度为20～30℃，搅拌时间约0.5-2h。