[发明专利]一种多用途Silicon/α-Fe2O3微纳米复合材料制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多用途Silicon/α-Fe₂O₃微纳米复合材料制备方法，属于新材料技术与纳米材料领域。 

背景技术

随着人类社会经济的发展，能源问题和环境问题得到了人们越来越多的关注。半导体微纳米结构材料由于其奇特的结构与物理性能，在能量转换与存储、气体传感器件等应用中具有广阔的应用前景。硅微纳米结构尤其硅纳米线在太阳能电池、锂电池负极材料以及化学传感器件等方面具有重大应用前景，受到了国内外学者与工业界的极大关注。近年来，我们提出了一种金属催化硅腐蚀技术，可以很方便地在室温制备出大面积的硅纳米线阵列[参见：中国专利CN1382626；中国专利申请号2005100117533]，这种技术不需要高温和复杂设备。可以在不同掺杂类型、掺杂浓度以及取向的硅基底上直接刻蚀制备大面积硅纳米线阵列。最近我们将金属催化硅腐蚀技术与光刻技术相结合，开发了一种大面积高度有序硅微纳米结构阵列的制备方法；这种大面积有序硅微纳米结构在太阳能电池、锂电池负极材料以及传感器结构上具有广泛的应用前景[参见：中国专利ZL 200810183135.0]。赤铁矿(α-Fe₂O₃)是地球上分布极广的铁矿物，几乎无处不在。作为一种环境友好、廉价的n型半导体材料，是一种太阳能、锂电池和气敏传感领域有重大应用前景的半导体材料。例如，瑞士联邦高工M. 利用常压化学气相沉积技术制备的硅掺杂树突状α-Fe₂O₃纳米结构薄膜的光催化量子效率在外部偏压1.23VRHE、370nm光照情况下可达42％[A.Kay，I.Cesar，M. New Benchmark for Water Photooxidation by Nanostructured α-Fe₂O₃Films.J.Am.Chem.Soc.2006，128，15714-15721]。瑞士D.K.Bora等人发现藻蓝蛋白共轭修饰后的α-Fe2O3光催化活性明显提高，其光电流密度是没有修饰样品的2倍，而且藻蓝蛋白在强碱条件下很稳定[D.K.Bora et al..Functionalization of Nanostructured Hematite Thin-Film Electrodes with the Light-Harvesting Membrane Protein C-Phycocyanin Yields an Enhanced Photocurrent.Adv.Funct.Mater.2012，22，490-502]。但是由于α-Fe₂O₃固有的电子迁移率低、光生载流子扩散距离短、光吸收系数小等缺点，α-Fe₂O₃在太阳能转换等领域的应用受到了严重限制。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种多用途Silicon/α-Fe₂O₃微纳米复合材料制备方法。 

本发明将金属催化硅腐蚀技术与高温热退火方法相结合，研制出了一种简单的多用途Silicon/α-Fe₂O₃微纳米复合材料制备方法；这种Silicon/α-Fe₂O₃微纳米复合材料在太阳能光催 化、锂电池负极材料以及气敏传感器等领域具有广泛的应用前景。本发明提出的一种多用途Silicon/α-Fe₂O₃微纳米复合材料制备方法，其特征在于：所述方法依次按如下步骤进行： 

(1)利用我们发明的硅微纳米结构制备方法，在硅基底表面制备出硅微纳米结构(如硅纳米线、硅纳米洞等)，随后将硅微纳米结构样品在浓硝酸或王水溶液里面浸泡半小时去掉材料表面残留的银或金。 

(2)将步骤(1)得到的硅微纳米结构材料浸入含有硝酸铁(也可以利用三氯化铁等含三价铁离子的物质替换硝酸铁)的水溶液中，室温浸泡5-150分钟。随后将样品放入高温炉中在真空(也可以是氩气或氮气)气氛下350-500摄氏度处理30-360分钟。 

(3)将步骤(1)得到的硅微纳米结构材料浸入含有硝酸铁(也可以利用三氯化铁等含三价铁离子的物质替换硝酸铁)和氯金酸(也可以利用氯金酸钾等含金离子的物质替换氯金酸)的水溶液中，室温浸泡5-150分钟。随后将样品放入高温炉中在真空(也可以是氩气或氮气)气氛下350-500摄氏度处理30-360分钟。