[发明专利]一种二氧化硅纳米棒阵列的制备方法

说明书

本发明提供了一种二氧化硅纳米棒阵列的制备方法，包括：将表面活性剂有机溶液与柠檬酸钠水溶液混合，然后放入亲水性基底，再加入碱性催化剂，超声处理后，加入硅源，静置，取出基底，得到二氧化硅纳米棒阵列。与现有技术相比，本发明利用水溶性盐在有机溶剂‑水混合液中溶解度的差异，析出盐液滴吸附于亲水基底上，并以液滴中的碱性催化剂催化水解硅源，从而在基底上制备二氧化硅纳米阵列，实现了通过溶液液相固相生长机制无种子一步法生长，所用原料廉价、无污染，制备过程简单高效且无污染物产生，能耗低，对设备操作要求低，易于扩大量产，还可通过静置温度及时间实现二氧化硅纳米棒的直径及长度的调节。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，尤其涉及一种二氧化硅纳米棒阵列的制备方法。

背景技术

一维纳米棒阵列具有独特的物理性能和几何结构，例如电子扩散距离短，允许集成到更复杂的结构，为物质扩散提供足够的空间以及光捕获能力等，在光电催化、电催化、生化传感器等能量存储和转换领域引起越来也多的关注。

过去的几十年中，气-液-固(VLS)机制为制备一维纳米棒阵列提供了有效的途径而被广泛研究。例如，王等人报道了基于一种自组装模板，将ZnO生长到单晶氧化铝基底上，随后将其用于压电纳米发电机(Wang,Z.L.；Song,J.,Piezoelectric NanogeneratorsBased on Zinc Oxide Nanowire Arrays.Science2006,312(5771),242.)；杨等人报道了硅纳米线阵列的生长位置可以控制在选定的区域，为其实际集成到设备中提供了可能性(Hochbaum,A.I.；Fan,R.；He,R.；Yang,P.,Controlled Growth of Si Nanowire Arraysfor Device Integration.Nano Letters 2005,5(3),457-460.)；崔等人已经证明，利用金属上直接VLS生长制作的Ge纳米线电极在锂离子电池中具有良好的性能，这是由于易于应变弛豫、短的Li扩散距离和良好的电子传导(Chan,C.K.；Zhang,X.F.；Cui,Y.,HighCapacity LiIon Battery Anodes Using Ge Nanowires.Nano Letters 2008,8(1),307-309.)。然而，这些纳米棒阵列结构均是基于VLS这种生长机制，而这种生长机制通常伴随着能耗高，反应设备昂贵，反应条件苛刻等问题，同时通常还需要以金为催化剂价格昂贵。

再者，现有大多数其他制备纳米棒阵列结构的方法均涉及多个步骤，它们普遍分步操作复杂，难以扩大生产和实际应用。因此，市场上对于纳米棒阵列材料的迫切需求和目前方法的不足，促使亟需发展一种操作简便高效、易于扩大生产、无环境污染的一锅法合成方法。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种简单、高效且通过一步法即可得到二氧化硅纳米棒阵列的制备方法。

本发明提供了一种二氧化硅纳米棒阵列的制备方法，包括：

将表面活性剂有机溶液与柠檬酸钠水溶液混合，然后放入亲水性基底，再加入碱性催化剂，超声处理后，加入硅源，静置，取出基底，得到二氧化硅纳米棒阵列。

优选的，所述表面活性剂有机溶液中的有机溶剂选自戊醇、正丙醇、异丙醇、丁醇与N，N-二甲基甲酰胺中的一种或多种；所述表面活性剂有机溶液中的表面活性剂选自聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠、聚丙烯酸；所述碱性催化剂选自氨水和/或乙二胺；所述硅源选自硅酸四乙酯和/或硅酸四甲酯。

优选的，所述表面活性剂有机溶液中表面活性剂与有机溶剂的质量体积比为(0.05～0.15)g：1ml；所述柠檬酸钠水溶液中柠檬酸钠的浓度为0.01～0.1mol/L；所述表面活性剂有机溶液的有机溶剂与柠檬酸钠水溶液的体积比为1：(0.01～0.1)。