[发明专利]一种可控制备硅纳米结构材料的电化学方法

权利要求书

1.一种制备硅纳米结构材料或其阵列材料的方法，包括下述步骤：以单晶硅为阳极，惰性电极为阴极，将所述阳极和阴极置于电解液中，并向所述电解液中加入与水不混溶的烃类溶剂；在所述阳极施加电流，进行电化学氧化反应，反应结束后得到所述硅纳米结构材料或其阵列；其中，所述电解液由质量浓度为10-30％的氢氟酸溶液、有机溶剂和催化剂组成；所述有机溶剂为甲醇、乙醇或它们任意比例的混合物，所述催化剂为多酸化合物、过氧化氢或它们的混合物；所述与水不混溶的烃类溶剂的密度小于水的密度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述电解液中，所述有机溶剂与质量浓度为10-30％氢氟酸溶液的体积比为2∶1-1∶5；优选体积比为1∶1-1∶2。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述多酸化合物是钨系杂多酸、钼系杂多酸或它们的混合物；所述多酸化合物优选为下述化合物中的任意一种：磷钨酸、磷钼酸、硅钨酸、硅钼酸、锗钨酸和锗钼酸；所述磷钨酸、磷钥酸、硅钨酸、硅钼酸、锗钨酸和锗钼酸均为1∶12系列Keggin结构或2∶18系列Dawson结构；所述与水不混溶的烃类溶剂选自下述至少一种：C₆-C₁₆烷烃、C₆-C₁₆环烷烃、和C₆-C₁₆烯烃。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：所述单晶硅为N型或P型单晶硅，所述单晶硅的电导率为0.005-30Ω；所述惰性电极为石墨电极、金电极或铂电极。

5.根据权利要求1-4中任一所述的方法，其特征在于：所述硅纳米结构材料包括硅量子点、硅纳米粒子、硅纳米线、硅亚微米棒、硅纳米粒子与微孔复合结构、硅纳米棒与微孔复合结构和硅纳米线与微孔复合结构；所述硅纳米结构阵列材料包括硅微米柱阵列、硅微米孔阵列和树枝状硅纳米结构阵列。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述硅纳米结构材料为硅量子点，所述方法中所述电解液中的催化剂为多酸化合物和过氧化氢的混合物，所述电解液中多酸化合物的浓度为0.01mg/mL-0.03mg/mL，所述过氧化氢的质量浓度为0.5％-12％；在所述阳极施加电流的电流密度为1-20mA/cm²，所述氧化反应的反应时间为20-120分钟。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述硅纳米结构材料为硅纳米粒子，所述方法中所述电解液中的催化剂为多酸化合物，所述电解液中多酸化合物的浓度为0.01mg/mL-0.1mg/mL；在所述阳极施加电流的电流密度为1-20mA/cm²，所述氧化反应的反应时间为20-120分钟。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述硅纳米结构材料为硅纳米线，所述方法中所述电解液中的催化剂为多酸化合物，所述电解液中多酸化合物的浓度为0.01mg/mL-0.1mg/mL；在所述阳极施加电流的电流密度为20-50mA/cm²，所述氧化反应的反应时间为20-120分钟。