[發(fā)明專利]一種硅納米線陣列表面修飾有機小分子的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410024915.6
• 申請日: 2014-01-20
• 公開（公告）號: CN103755384A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發(fā)明（設計）人: 張曉宏;張曉婕;王輝;歐雪梅;李凡
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: C04B41/53
• 分類號: C04B41/53;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 張文祎

技術領域

本發(fā)明涉及納米材料領域，特別是涉及一種硅納米線陣列表面修飾有機小分子的方法。

背景技術

硅納米線陣列是硅基納米器件的重要構筑單元。硅納米線陣列是一類非常有發(fā)展前景的納米電子學和傳感器器件的結構基元。但是在實際應用中，硅納米線表面的氧化物的存在是我們所不想要的，因為這一缺陷的氧化層例如二氧化硅，會導致在硅的能帶中產生不可控的表面態(tài)（Ossama?A.,J.Am.Chem.Soc.2008,130,17670-17671）。

以氫為端基的硅納米線H-SiNWs有低的表面復合速率，但是在空氣中不穩(wěn)定，主要的原因是無序的氧化層的形成。Lewis組(Ronald?L,.J.Phys.Chem.C.2012,116,23569-23576)分別分析了以氫為端基的硅納米線H-SiNWs和以甲基為端基的硅納米線CH3-SiNWs，對于p型硅，CH3-SiNWs陣列相對于H-SiNWs陣列開路電壓降低；對于n型硅，CH3-SiNWs陣列相對于H-SiNWs陣列開路電壓升高,其中平帶電位的位移與界面處的偶極位移有關。孫寶全組（Zhang?F,.Chem.Mater.2011,23,2084-2090）通過甲基化硅的表面提高了太陽能電池的光電轉換效率。

但是目前在硅納米線陣列表面進行甲基化的方法為兩步反應法即先將硅納米線表面氯化，再與格式試劑反應進行甲基化。這一方法中氯化試劑為五氯化磷，具有很強的毒性，遇水會放出氯氣，實驗危險性很高；而且這兩步均要求無水無氧條件，如此苛刻的實驗條件使得實驗的成功率低。

因此，有必要在硅納米線表面利用簡單易行安全的化學修飾方法來獲得有機小分子修飾的硅納米線陣列，而不使用較危險的五氯化磷試劑，而直接用格式試劑與HF處理的新鮮的硅納米線陣列反應，構造甲基化修飾的硅納米線陣列。與此同時，不同的格式試劑將獲得不同的表面修飾的硅納米線陣列，這將大大豐富硅的表面功能化修飾策略。這將為硅納米線陣列應用于太陽能電池，光電催化裂解水，以及傳感器領域的研發(fā)與應用創(chuàng)造物質條件與基礎。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種硅納米線陣列表面修飾有機小分子的方法,本方法修飾后的硅納米線陣列在光電催化中有優(yōu)異的性能。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用下述技術方案：

1)將硅納米陣列表面用氟化氫溶液處理，得到處理后的硅納米線陣列；

2)在無水且隔絕氧氣的條件下，將步驟1)制得的硅納米線陣列與格式試劑進行反應，得到表面修飾的硅納米線陣列。

優(yōu)選地，所述方法還包括如下步驟

3)對步驟2）得到的表面修飾的硅納米線陣列進行洗滌、干燥，所述洗滌所用的溶劑為四氫呋喃或乙醇。

優(yōu)選地，步驟1）所述的氟化氫溶液的質量濃度為1%～15%，優(yōu)選地，所述氟化氫溶液的質量濃度為10%。

優(yōu)選地，步驟2)所述的格氏試劑的溶液濃度為0.5～3mol/L，優(yōu)選地，所述格氏試劑的溶液濃度為1mol/L；所述格氏試劑選自甲基氯化鎂、甲基溴化鎂、甲基碘化鎂、乙基氯化鎂或乙基溴化鎂。

優(yōu)選地，步驟2）所述的反應溫度為60～90℃，優(yōu)選地，所述反應溫度為70℃；所述的反應時間為1～144h，優(yōu)選地，所述反應時間為8h。

優(yōu)選地，步驟2）所述的無水且隔絕氧氣的條件指反應在干燥的有機溶劑中進行；所述的有機溶劑選自四氫呋喃、乙醇或丙酮。

優(yōu)選地，本發(fā)明方法制備得到甲基修飾的硅納米線陣列。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明提供了一種對硅納米線陣列表面進行有機小分子修飾的方法。該方法簡單安全易行，是一種有效地構建硅納米線陣列-有機小分子基團的方法。采用一步法直接與格式試劑反應的策略將開啟硅納米線陣列表面烷基化修飾的新篇章。

附圖說明

下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細的說明；

圖1為硅納米陣列表面修飾甲基的流程圖；

圖2為修飾了甲基的硅納米陣列的全反射紅外光譜；

圖3為修飾了甲基的硅納米陣列的全反射紅外選區(qū)光譜。

具體實施方式

為更好地理解本發(fā)明，下面將通過具體的實施例進一步說明本發(fā)明的方案，本發(fā)明的保護范圍應包括權利要求的全部內容，但不限于此。

下述實施例中所述的實驗方法，如無特殊說明，均為常規(guī)方法；所述試劑和材料，除硅納米線陣列外，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑獲得。

實施例1