[發明專利]核殼Si/Fe2O3納米線陣列的制備方法

有效

• 申請號: 201310065058.X
• 申請日: 2013-02-28
• 公開（公告）號: CN103159501A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 佘廣為;齊小鵬;師文生
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: C04B41/50
• 分類號: C04B41/50;C01G49/06;B81C1/00
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 李柏

技術領域

本發明屬于半導體納米材料制備領域，尤其涉及一種核殼Si/Fe₂O₃納米線陣列的制備方法。?

背景技術

Si具有太能光譜吸收范圍廣、電學性質易調、價格低廉等優點，在光伏、微電子、光催化等領域具有廣泛的應用。一維Si納米結構由于其比表面積大、減反射性能好、光生載流子收集能力好等優點，在光伏電池、光電化學池等太陽能轉化領域表現出優異的性能（Nature?materials，2011，10，539.）。用于光催化領域，Si的最大的局限在于其在溶液中的光腐蝕，即Si表面很容易形成一層氧化層，進而阻止Si與溶液間的電荷傳輸。尤其是當Si材料被用作光陽極進行光催化分解水時，由于一般需要施加額外的正電壓，使得Si表面更容易形成氧化層。在以往的科學研究中，一些材料諸如，Pt、Au、TiO₂以及一些有機基團等被修飾到Si表面，使Si和溶液隔離，從而避免其光腐蝕（Angew.Chem.，2011，50，9861.）。這些途徑往往涉及到昂貴的材料，或者濺射、原子層沉積等昂貴的儀器和復雜的化學修飾手段。如何采用廉價的材料，并通過經濟的手段保護住Si，使其可用于能夠長時間運行的光電化學太陽能轉化器件，是一個亟待解決的問題。?

Fe₂O₃也是一種廉價，對環境無污染，并且在可見光波段具有很高活性的催化劑材料（Nano?Lett.，2011,11,3503.）。同時，Fe₂O₃在很寬的溶液pH范圍內，從弱酸到強堿，都具有很高的穩定性，可以作為廉價的半導體材料來保護Si。其次，Si和Fe₂O₃所形成異質結可能會有助于光生載流子的分離和收集（Nano?Lett.，2009，9，410.）。鑒于以上考慮，核殼結構的Si/Fe₂O₃納米線陣列，將可能具有很好的光催化分解水性能。在此結構中，納米線陣列結構可以起到很好的減反射作用；核區的Si可以吸收太陽光，并可以為光生電子的收集提供高速通道；包覆在Si核外面的Fe₂O₃殼層可以使得Si和溶液相隔離，并且可以吸收一部分太陽光，用于光催化分解水。?

發明內容

本發明的目的是提供一種核殼Si/Fe₂O₃納米線陣列的制備方法。?

本發明首先通過化學刻蝕法在單晶Si片上得到Si納米線陣列，然后再通過浸泡含有Fe(NO)₃的乙醇溶液，使得Si納米線的表面吸附上Fe(NO)₃，最后在高溫爐中加熱吸附有Fe(NO)₃的Si納米線陣列，使得Fe(NO)₃熱分解為Fe₂O₃，從而得到以Si為核，以Fe₂O₃為殼的核殼Si/Fe₂O₃納米線陣列。?

本發明的核殼Si/Fe₂O₃納米線陣列的制備方法包括以下步驟：?

（1）Si納米線陣列的制備：可參照文獻Angew.Chem.Int.Ed.2005,44,2737–2742進行制備；將表面清洗潔凈的單晶硅片置于硝酸銀濃度為5mM，氫氟酸的濃度為4.6M的混合水溶液中進行浸泡（優選進行浸泡的時間為10分鐘）；然后將單晶硅片取出并置于雙氧水濃度為0.2M，氫氟酸濃度為4.6M，溫度為50℃的混合水溶液中進行刻蝕（一般刻蝕的時間為5～30分鐘），在單晶硅片上得到取向垂直于單晶硅片的Si納米線陣列；?

（2）Si納米線的表面吸附Fe(NO)₃：將步驟（1）制備得到的帶有取向垂直于單晶硅片的Si納米線陣列的單晶硅片先在質量濃度為5%的氫氟酸水溶液中進行浸泡，除去Si納米線表面的氧化層；然后再將帶有取向垂直于單晶硅片的Si納米線陣列的單晶硅片放置于含有Fe(NO)₃的乙醇溶液中（一般放置的時間為1～5分鐘），使Si納米線的表面吸附上Fe(NO)₃；?