[发明专利]一种多孔硅/碳量子点微纳米复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种多孔硅/碳量子点微纳米复合材料，由碳量子点覆盖于多孔硅微纳米颗粒表面上形成。本发明还提供了上述多孔硅/碳量子点微纳米复合材料的制备方法：S1、用硝酸银和氢氟酸对硅粉颗粒进行腐蚀得到多孔硅微纳米颗粒；S2、将多孔硅纳米颗粒加入盛有去离子水中的容器中，一对光谱纯碳棒作为电极，浸入去离子水中，打开直流电源在电极的两极施加电压，常温常压下搅拌得到所述多孔硅/碳量子点微纳米复合材料的水溶液。本发明的多孔硅/碳量子点微纳米复合材料显著提高了多孔硅的发光特性及发光稳定性，成本低廉，且制备方法简单。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备技术领域，尤其涉及一种多孔硅/碳量子点微纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

量子点是在把激子在三个空间方向上束缚住的半导体纳米结构，这种约束可以归结于静电势(由外部的电极，掺杂，应变，杂质产生)，两种不同半导体材料的界面(例如在自组量子点中)，半导体的表面(例如半导体纳米晶体)，或者以上三者的结合。量子点具有分离的量子化的能谱，所对应的波函数在空间上位于量子点中，但延伸于数个晶格周期中，一个量子点具有少量的(1～100个)整数个的电子、电洞或电子电洞对，即其所带的电量是元电荷的整数倍。

量子点一般是从铅、镉和硅的混合物中提取出来的，但这些量子点一般有毒，对环境也有很大的危害，所以科学家们寻求在一些良性的化合物中提取量子点，相对金属量子点而言，碳量子点无毒害作用，对环境的危害小，制备成本低廉。它的研究代表了发光纳米粒子研究进入了一个新的阶段。碳量子点与各种金属量子点类似，碳量子点在光照的情况下可以发出明亮的光。它在包括改进生物传感器、医学成像设备和微小的发光二极管的很广的领域中都有应用前景。因为碳纳米粒子具有很大的表面积，所以长期以来科学家们一直认为这种纳米粒子相比宏观碳，具有非常奇特的化学和物理性质。碳纳米材料已成为21世纪科技创新的研究热点,其中零维碳材料碳点(Carbon dots,CDs)既具备传统碳材料良好的光学性能、热学性能、力学性能和机械性能,又具有良好旳水溶性、低毒性、易功能化、化学惰性、良好的生物相容性和抗光漂白性能。

硅作为当前研究的热点领域，即光电集成的基本材料，一个重要的缺点就是它是间接带隙半导体,自身只能发射极微弱的红外光。与硅体材料不同,多孔硅拥有大量超精细的纳米硅晶粒和硅纳米线,在室温下具有高效的可见光区域的光致发光特性。由于具有大的内表面积,多孔硅材料也在化学和生物传感方面的具体应用也引起了人们的强烈兴趣。

硅碳复合材料目前主要有两种，包覆型和嵌入型。当前的大部分处理方法不仅条件苛刻、成本昂贵、步骤复杂，而且污染严重。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供了一种光致发光性能优良的多孔硅/碳量子点微纳米复合材料及其制备方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种多孔硅/碳量子点微纳米复合材料，由碳量子点覆盖于多孔硅微纳米颗粒表面上形成。

本发明的有益效果是：本发明的多孔硅/碳量子点微纳米复合材料显著提高了多孔硅的发光特性及发光稳定性，且成本低廉。

本发明还提供了上述多孔硅/碳量子点微纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、多孔硅微纳米颗粒的制备：将硅粉颗粒加入含有硝酸银和氢氟酸的腐蚀原液中，常温下搅拌对所述硅粉颗粒进行腐蚀得到多孔硅微纳米颗粒溶液，将所述多孔硅微纳米颗粒溶液过滤、清洗并干燥得到所述多孔硅微纳米颗粒粉末，所述腐蚀原液中硝酸银和氢氟酸的浓度分别为1.92～38.46mmol/L和0.77～1.54wt％，溶剂为水；

S2、将所述多孔硅纳米颗粒粉末加入盛有去离子水的容器中，容器两侧分别固定一对光谱纯碳棒作为电极，所述电极浸入去离子水中，打开直流电源在两个所述电极施加电压，常温常压下搅拌，在去离子水中得到所述多孔硅/碳量子点微纳米复合材料。