本發明專利技術公開了一種納米顆粒與納米棒雜化結構的一步合成方法。該方法是通過將反應物前驅體聚乙烯亞胺、硝酸鋅、硝酸鉺、環六亞甲基四胺依次溶解在去離子水中，然后將該溶液經水熱反應，最終得到納米顆粒及納米顆粒與納米棒雜化結構。本發明專利技術的優點在于：該一步合成方法操作簡單，所用前驅體材料成本低廉、無毒性，納米棒與納米顆粒的尺寸可控。該發明專利技術制備的納米功能材料可以應用于太陽能電池及紅外發光等諸多方面。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于納米功能材料領域，具體涉及一種。
技術介紹
納米材料由于具有一系列體材料所無法比擬的優點已成為目前材料科學領域研究的熱點和重點。納米功能材料在太陽能電池中的應用集中于染料敏化電池和薄膜電池。染料敏化電池的研究歷史可以追溯到19世紀初。光陽極的制備是染料敏化電池中重要的一個環節，比表面積大的光陽極有利于染料的吸附，而電子傳輸性能高的材料有利于電子的收集和傳輸，從而對電池的短路電流和電池效率影響較大。納米結構氧化鋅由于優異的電子傳輸性能，現已被廣泛應用于染料敏化太陽能電池中，而提高納米結構的比表面積是研究重點之一。欲提高光陽極的比表面積，除增加納米線的比表面積外，尋找納米線的復合結構也是有效途徑之一。復合結構能有效增加材料的比表面積，將在太陽能電池領域有較高的應用。對于硅太陽能電池和薄膜太陽能電池而言，表面的減反射是目前的研究重點。對于常規的娃太陽電池，有約三分之一的光由于被反射而浪費，表面植絨和制備減反射層成為降低光反射的主要方法，但是減反射效果仍舊只是差強人意，所以采取有效的方法來最大限度地減少光反射有著重要的意義，是目前光伏電池領域的研究重點之一。先前的研究表明，納米線有較好的減反射效果，而在線中加入納米球后，減反射效果勢必進一步提升。綜上所述，氧化鋅納米線復合結構的制備具有重要的意義。常規復合結構的制備方法往往需要多步繁瑣的操作，而多步操作常引起材料性能的降低，同時也會增加制備成本，所以尋找操作簡單、成本低廉的合成方法十分必要。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種，該制備方法簡單，所用前驅體材料成本低廉、無毒性，材料尺寸和元素比例可控。本專利技術的方法是將反應物前驅體及表面活性劑等溶解后，進行中低溫水熱反應得到納米顆粒及納米顆粒與納米棒雜化結構。本專利技術中，納米顆粒與納米棒雜化結構的制備方法包括如下步驟:先將反應物前驅體相當于0.25-12.5mM濃度的聚乙烯亞胺液體，相當于4.5-49.5mM濃度的硝酸鋅固體，相當于0.05_5mM濃度的硝酸鉺固體和相當于4_60mM濃度的環六亞甲基四胺固體依次溶解在去離子水中，然后加熱溶液使之在60-150°C下水熱反應1-12小時，待溶液冷卻至室溫后，收集沉淀，即得到納米顆粒與納米棒雜化結構；制備過程中各原料的配比為:硝酸鋅與硝酸鉺的摩爾比例在99:1-90:10之間；聚乙烯亞胺與硝酸鋅和硝酸鉺總量的摩爾比在0.05:1-0.25:1之間；環六亞甲基四胺與硝酸鋅和硝酸鉺總量的摩爾比在0.8:1-1.2:1之間。其他反應條件不變的情況下，在所述的水熱反應步驟前加入長有氧化鋅種子層的半導體或金屬襯底，然后在同樣條件下進行水熱反應，結束后可在襯底上得到納米顆粒與納米棒雜化結構。所述的硝酸鉺可以用硝酸鐿或硝酸銩代替。本專利技術的優點在于:該納米復合結構的制備方法簡單，所用前驅體材料成本低廉、無毒性，材料尺寸和元素比例可控；同時復合結構能直接生長在襯底上，為在器件上的應用提供了便利。附圖說明圖1為本專利技術的納米顆粒與納米棒雜化結構的掃描電子顯微鏡截面圖。具體實施例方式實施例1:先將反應物前驅體0.25mM聚乙烯亞胺、4.5mM硝酸鋅、0.5mM硝酸鉺、5mM環六亞甲基四胺依次溶解在去離子水中，然后加熱溶液使之在95°C下水熱反應6小時，待溶液冷卻至室溫后，收集沉淀，即得到納米顆粒與納米棒雜化結構。此時各前驅體之間的配比為:硝酸鋅與硝酸鉺的摩爾比:90:10 ；聚乙烯亞胺與硝酸鋅和硝酸鉺總量的摩爾比:0.05:1 ；環六亞甲基四胺與硝酸鋅和硝酸鉺總量的摩爾比:1:1。實施例2:先將反應物前驅體7.5mM聚乙烯亞胺、49.5mM硝酸鋅、0.5mM硝酸鉺、50mM環六亞甲基四胺依次溶解在去離子水中，然后加熱溶液使之在150°C下水熱反應I小時，待溶液冷卻至室溫后，收集沉淀，即得到納米顆粒與納米棒雜化結構。此時各前驅體之間的配比為:硝酸鋅與硝酸鉺的摩爾比:99:1 ;聚乙烯亞胺與硝酸鋅和硝酸鉺總量的摩爾比:0.15:1 ；環六亞甲基四胺與硝酸鋅和硝酸鉺總量的摩爾比:1:1。實施例3:先將反應物前驅體4mM聚乙烯亞胺、19.6mM硝酸鋅、0.4mM硝酸鉺、20mM環六亞甲基四胺依次溶解在去離子水中，接著將長有氧化鋅種子層的硅襯底浸入溶液中，然后加熱溶液使之在60°C下水熱反應12小時，待溶液冷卻至室溫后，取出襯底，即可在襯底上得到納米顆粒與納米棒雜化結構；收集沉淀，即得到納米顆粒與納米棒雜化結構。此時各前驅體之間的配比為:硝酸鋅與硝酸鉺的摩爾比:98:2 ;聚乙烯亞胺與硝酸鋅和硝酸鉺總量的摩爾比:0.2:1 ;環六亞甲基四胺與硝酸鋅和硝酸鉺總量的摩爾比:1:1。實施例4:先將反應物前驅體12.5mM聚乙烯亞胺、45mM硝酸鋅、5mM硝酸鉺、60mM環六亞甲基四胺依次溶解在去離子水中，然后加熱溶液使之在85°C下水熱反應3小時，待溶液冷卻至室溫后，收集沉淀，即得到納米顆粒與納米棒雜化結構。此時各前驅體之間的配比為:硝酸鋅與硝酸鉺的摩爾比:90:10 ；聚乙烯亞胺與硝酸鋅和硝酸鉺總量的摩爾比:0.25:1 ；環六亞甲基四胺與硝酸鋅和硝酸鉺總量的摩爾比:1.2:1。實施例5:先將反應物前驅體4mM聚乙烯亞胺、38mM硝酸鋅、2mM硝酸銩、40mM環六亞甲基四胺依次溶解在去離子水中，接著將長有氧化鋅種子層的金屬鈦襯底浸入溶液中，然后加熱溶液使之在110°C下水熱反應8小時，待溶液冷卻至室溫后，取出襯底，即可在襯底上得到納米顆粒與納米棒雜化結構；收集沉淀，即得到納米顆粒與納米棒雜化結構。此時各前驅體之間的配比為:硝酸鋅與硝酸銩的摩爾比:95:5 ;聚乙烯亞胺與硝酸鋅和硝酸銩總量的摩爾比:0.1:1 ;環六亞甲基四胺與硝酸鋅和硝酸銩總量的摩爾比:1:1。實施例6:先將反應物前驅體ImM聚乙烯亞胺、4.95mM硝酸鋅、0.05mM硝酸鐿、4mM環六亞甲基四胺依次溶解在去離子水中，然后加熱溶液使之在120°C下水熱反應4小時，待溶液冷卻至室溫后，收集沉淀，即得到納米顆粒與納米棒雜化結構。此時各前驅體之間的配比為:硝酸鋅與硝酸鐿的摩爾比:99:1 ；聚乙烯亞胺與硝酸鋅和硝酸鐿總量的摩爾比:0.2:1 ;環六亞甲基四胺與硝酸鋅和硝酸鐿總量的摩爾比:0.8:1。本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種納米顆粒與納米棒雜化結構的一步合成方法，其特征在于包括以下步驟：先將反應物前驅體相當于0.25?12.5mM濃度的聚乙烯亞胺液體，相當于4.5?49.5mM濃度的硝酸鋅固體，相當于0.05?5mM濃度的硝酸鉺固體和相當于4?60mM濃度的環六亞甲基四胺固體依次溶解在去離子水中，然后加熱溶液使之在60?150℃下水熱反應1?12小時，待溶液冷卻至室溫后，收集沉淀，即得到納米顆粒與納米棒雜化結構；制備過程中各原料的配比為：硝酸鋅與硝酸鉺的摩爾比例在99:1?90:10之間；聚乙烯亞胺與硝酸鋅和硝酸鉺總量的摩爾比在0.05:1?0.25:1之間；環六亞甲基四胺與硝酸鋅和硝酸鉺總量的摩爾比在0.8:1?1.2:1之間。
【技術特征摘要】
1.一種納米顆粒與納米棒雜化結構的一步合成方法，其特征在于包括以下步驟: 先將反應物前驅體相當于0.25-12.5mM濃度的聚乙烯亞胺液體，相當于4.5-49.5mM濃度的硝酸鋅固體，相當于0.05-5mM濃度的硝酸鉺固體和相當于4-60mM濃度的環六亞甲基四胺固體依次溶解在去離子水中，然后加熱溶液使之在60-150°C下水熱反應1-12小時，待溶液冷卻至室溫后，收集沉淀，即得到納米顆粒與納米棒雜化結構； 制備過程中各原料的配比為: 硝酸鋅與硝酸鉺的摩爾比例在99:1-90:10之...
【專利技術屬性】
技術研發人員：董文靜，陳鑫，魏調興，黃嬋燕，張云，孫艷，戴寧，
申請(專利權)人：中國科學院上海技術物理研究所，
類型：發明
國別省市：
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