[发明专利]一种无电沉积制备金纳米管阵列的方法及其在增强近红外量子剪裁发光中的应用

说明书

本发明涉及一种无电沉积制备金纳米管阵列的方法。金纳米管阵列镶嵌在AAO模板孔洞中，管外径约为110nm，管内径约为30‑50nm，管壁厚约为30~40nm；方法为先通过二次阳极氧化法制备大面积、孔径均匀的AAO模板；再利用无电沉积法在AAO模板孔隙中生长大面积、高度有序的金纳米管阵列，通过改变无电沉积的反应时间实现调控金纳米管的管壁厚度。相比于电沉积制备金纳米管阵列的方法，本发明具有一步合成、工艺简单、操作方便等优点，金纳米管阵列能够产生显著增强的局域电场，可实现对近红外量子剪裁发光的增强效应，在太阳能电池领域具有潜在应用。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，具体涉及一种无电沉积制备金纳米管阵列的方法，具有一步合成、工艺简单、操作方便等优点，金纳米管阵列能够产生显著增强的局域电场，可实现对近红外量子剪裁发光的增强效应，在太阳能电池领域具有潜在应用。

背景技术

近红外量子剪裁是发光材料吸收一个紫外可见光子，发射两个或更多的近红外光子的发光现象。利用近红外量子剪裁材料做成的光转换片放置在太阳能电池上，理论上可将其最高光电转换效率从18%提高到38.6%。然而，由于稀土离子的光谱呈窄线状、谱线强度较低，导致近红外量子剪裁材料发光效率低，限制了其在太阳能电池领域的应用前景。最近研究发现，利用贵金属纳米材料的表面等离激元（Surface Plasmons, SPs）特性，能够有效增强近红外量子剪裁发光。

金纳米管阵列结构拥有更大的比表面积，能产生显著增强的局域电场，更适合用于贵金属纳米衬底。公开号为CN10492764B的中国专利介绍了一种利用电化学沉积制备金纳米管阵列的方法，此方法的特征在于，先对铝片使用二次阳极氧化法得到多孔氧化铝模板（AAO），并对AAO模板进行通孔处理，然后在通孔后的AAO模板的一面蒸镀金膜，最后将一面覆有金膜的AAO模板置于金电解液中，在恒定电流下进行电沉积反应，在AAO模板的孔洞内生长金纳米管。此方法需要对AAO模板进行通孔和蒸镀金膜等处理过程，对仪器设备要求高、制备过程复杂、反应条件苛刻、且制备成本高，不利于实际推广使用。

本发明介绍了一种无电沉积制备金纳米管阵列的方法。相比于电沉积法，本发明具有一步合成、工艺简单、操作方便等优点。方法为先通过二次阳极氧化法制备大面积、孔径均匀的AAO模板；再利用无电沉积法在AAO模板孔隙中生长大面积、高度有序的金纳米管阵列，通过改变无电沉积的反应时间实现调控金纳米管的管壁厚度。本发明制备出的金纳米管阵列镶嵌在AAO模板孔洞中，管外径约为110nm，管内径约为30-50nm，管壁厚约为30~40nm，可作为增强近红外量子剪裁发光的衬底，在太阳能电池领域具有应用前景。

发明内容

本发明的第一个目的在于是解决现有制备技术的不足，提供一种具有一步合成、工艺简单、操作方便等优点的金纳米管阵列的制备方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的方案为：

所述一种无电沉积制备金纳米管阵列的方法，包括以下步骤：

步骤S11：先将铝箔在氮气氛围下400~500℃退火4~5h，目的是去除铝箔的表面应力；退火后，将铝箔置于高氯酸和乙醇（体积比为1:8~1:10）溶液中抛光2min，抛光电流为0.5A；然后，通过二次阳极氧化法制备出大面积、孔径均匀的AAO模板。

步骤S12：将步骤S11得到的AAO模板通过无电沉积法在AAO模板孔隙中生长金纳米管阵列。在50 ml 聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，将不同孔径的AAO模板浸泡在15mlHAuCl₄溶液中，进行无电沉积反应，得到了大面积、高度有序的金纳米管阵列，通过改变无电沉积的反应时间实现调控金纳米管的管壁厚度。

优选地，步骤S11中第一次阳极氧化条件为：电解液为0.3~0.4M草酸溶液，氧化电压为40~50V，温度为2℃，氧化时间为4h；