[发明专利]一种硅纳米颗粒及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种硅纳米颗粒及其制备方法和用途，属于纳米材料技术领域；所述硅纳米颗粒的制备方法包括以下步骤：(1)将铜基催化剂与硅进行预热处理，得到触体；(2)将步骤(1)得到的触体与氯化氢原位催化反应，得到反应产物；(3)分离步骤(2)得到的反应产物，得到硅纳米颗粒。本发明提供的硅纳米颗粒的制备方法工艺简单，反应条件温和，制备过程清洁，制得硅纳米颗粒的同时能副产高价值的三氯氢硅化学品，有望实现硅纳米颗粒与三氯氢硅生产双赢的目的；同时，制得的硅纳米颗粒的粒径大小可调，形貌可控，解决了现有技术难以实现硅纳米颗粒制备的关键问题。

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，涉及一种硅纳米颗粒及其制备方法和用途。

背景技术

硅纳米颗粒是一种重要的新型功能材料，由于具有独特的介电特性、光学特性、微电子相容性以及大的比表面积和粒径与形貌可控性，使其在生物分析、免疫检测、照明材料、光电器件、集成电路、绝缘材料、敏感元件及传感器、太阳能电池和锂离子电池等领域具有广泛的应用，尤其是硅纳米颗粒作为一种新型的半导体光电材料，在室温下具有优异的光致发光、电致发光等特性，与现有硅技术兼容，极有可能实现在硅基光电器件等多个领域的应用。

目前，硅纳米颗粒的制备方法主要包括以下几种：(1)高能球磨法，如CN103531761 A公开了一种纳米硅的制备方法，该方法将微米级硅粉在分散剂中分散均匀后，通过循环式球磨机在10～60℃条件下球磨4～20h，制得纳米硅；(2)金属热还原法，如CN103482628 A公开了一种纤维状纳米硅的制备方法，该方法将纤维状二氧化硅与镁粉混合，在氩气环境中，在500-800℃条件下燃烧反应，用盐酸分离产物后制得纤维状纳米硅；CN102616785 A公开了一种锌还原四氯化硅制备纳米硅粉颗粒的方法，该方法将熔融气化的锌蒸汽在氩气条件下还原四氯化硅，除杂之后制得纳米硅；(3)电化学还原法，如CN103882465 A公开了一种高纯纳米硅的制备方法，该方法以氯化钙或含有氯化钙的混合熔盐作为电解液，以二氧化硅或石英置于金属集流体中作为阴极，进行恒电位电解制得高纯纳米硅；(4)化学刻蚀法，如CN 104891497 A公开了一种太阳级超高纯纳米硅粉的宏量制备方法，将预处理后的硅粉放入含有金属离子、氧化剂和化学切割剂的第一化学溶液中，通过化学切割生成纳米硅粉；清洗后通过微化学刻蚀形成圆球状纳米硅粉；(5)脉冲激光沉积法，如CN 101684545 A公开了一种脉冲激光沉积制备纳米硅的方法，该方法采用激光器再拖性气体环境中对硅靶进行烧蚀沉积，制得纳米硅。上述制备方法普遍存在原料成本高、制备工艺复杂、设备要求高、过程条件苛刻、污染严重(大量使用HF或产生副产物)、批量生产困难等问题，或是性能无法满足商业需求，无法产业化生产。

三氯氢硅不仅是生产硅烷偶联剂和其他有机硅产品的重要中间体，也是制造多晶硅的主要原料。硅烷偶联剂是一种重要的有机硅复合材料，具有较高的科技含量及高的附加值。工业上普遍采用硅和盐酸反应生产三氯氢硅偶联剂单体，如CN 101279734 A、CN101279735 A、CN 101486465 A等公开了硅与盐酸催化反应制备三氯氢硅的方法，但并未涉及硅纳米颗粒在反应中的合成。

因此，目前急需一种过程简单、清洁的方法大量合成硅纳米颗粒，同时不产生副产物或副产物具有较高附加值。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种硅纳米颗粒及其制备方法和用途，所述方法中硅原料先与催化剂的预热处理，再与氯化氢反应，硅纳米颗粒的制备方法简单，过程清洁并且生产成本低，适宜于规模化生产，能够得到不同粒径和形貌的硅纳米颗粒，同时副产三氯氢硅偶联剂单体，具有广阔的应用前景。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种硅纳米颗粒的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将铜基催化剂与硅进行预热处理，得到触体；