[發明專利]一種硅納米線-導電高分子復合物及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201110043347.0
• 申請日: 2011-02-22
• 公開（公告）號: CN102249238A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 張曉宏;楊添;王輝;歐雪梅;李述湯
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: C01B33/021
• 分類號: C01B33/021;C25B3/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢

技術領域

本發明涉及一種硅納米線-導電高分子復合物及其制備方法與應用。

背景技術

硅是現代信息技術產業基礎性材料，而硅納米線則被認為是未來硅基納米器件的重要構筑單元。

對于硅納米材料而言，基于其在器件應用方面的特殊性，研究化學修飾對硅納米材料基器件的性能影響變得非常必要。隨著器件尺寸的進一步縮小，由表面狀態改變所產生的影響將變得更為關鍵。對于納米器件而言，這種表面狀態往往會對器件的性能起到決定性的作用。硅材料本身化學穩定性差、容易聚集等局限也進一步增強了化學修飾的必要。在傳感及電學方面的應用，半導體納米材料表面效應是其傳輸性能的主要影響因素。通過對硅納米結構表面進行修飾，一方面可以使硅納米線材料的局限性得到改善，另一方面可以賦予硅納米材料新的功能，實現硅納米材料的多功能化。

對硅納米線表面進行可控化學修飾，無疑是進一步拓展硅納米線性能的重要途徑，研發可應用在硅納米線體系的可控化學修飾技術將會豐富硅納米線表面性質的調控手段。目前，硅納米線表面化學修飾主要有沉積金屬納米顆粒(Kui-Qing?Peng.Nano?Lett.，2009，9(11)，3704-3709.)，化學修飾小分子化合物(Yun?Jeong?Hwang.Nano?Lett.2009，9(1)，410-415.)，PECVD法蒸鍍SiNx、無定型Si或者多晶硅層(E.C.Garnett.J.Am.Chem.Soc.2008，130，9224.)等。但是這些方法仍然存在一些問題，例如修飾反應程度不易控制，修飾過程中會引入難以避免的副反應、以及由于修飾的分子阻抗增大從而降低器件電子傳輸速率等問題。

因此，通過在硅納米線表面聚合導電高分子材料，控制實驗條件來調控導電高分子性能，不僅有助于實現硅納米線表面的穩定、加強對光的吸收利用，也有助于提高硅納米線器件電子傳輸性能，擴展其在納米器件領域的應用。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種對硅納米線表面進行化學修飾的方法，并希望修飾后構建的硅納米線與導電高分子poly(3，4-ethylenedioxythiophene)(PEDOT，聚(3，4-乙撐二氧噻吩))的復合物，不僅有助于實現硅納米線表面的穩定，也有助于提高硅納米線器件電子傳輸性能，擴展其在光催化制氫領域的應用，提高光催化制氫的效率。

本發明所提供的硅納米線與PEDOT的復合物是按照包括下述步驟的方法制備得到

1)將具有硅納米線陣列的硅片用HF溶液處理，得到處理后的具有硅納米線陣列的硅片；

2)采用循環伏安法，使高分子單體3，4-乙撐二氧噻吩(3，4-ethylenedioxythiophene，EDOT)在所述硅納米線陣列表面進行電化學聚合反應，得到所述硅納米線-導電高分子復合物。

其中，步驟1)中所述的具有硅納米線陣列的硅片是通過金屬納米顆粒催化輔助方法刻蝕硅片獲得，具體方法參見下述文獻：Kuiqing?Peng，Angew.Chem.Int.Ed.2005，44，2737-2742。

步驟2)中所述電化學聚合反應是在含有支持電解質的去離子水溶液中進行的；所述支持電解質可選自下述任意一種：LiClO₄、poly(4-styrene?sulfonate)(PSS，聚-4-苯乙烯磺酸鈉)，LiCF₃SO₃，LiBF₄，LiTFSI(雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰)，其濃度可為0.5-3.0M，優選1.0M。

所述電化學聚合反應的反應體系中初始加入的高分子單體EDOT的濃度為0.0032-0.019M，優選0.0075M。

步驟2)中循環伏安法中采用的電極體系為三電極體系；所述三電極體系中，工作電極為所述具有硅納米線陣列的硅片，對電極為Pt片(2×2cm²)，參比電極為飽和甘汞電極(SCE)。

所述電化學聚合反應中，循環伏安的掃描電位范圍為：-1.0-1.2V，掃描速度為50mV/s-0.6V/s，掃描次數為3-10次。在電聚合過程中使用不同的掃描速度可以控制導電高分子薄膜的厚度，隨著掃描速度的增加，導電高分子薄膜厚度相應減小。

電化學聚合反應中，更具體的循環伏安掃描速度為50mV/s，0.3V/s、0.4V/s或0.5V/s，優選0.5V/s；掃描次數優選4次。