[发明专利]一种自支撑多孔硅/ZnO复合材料的制备方法

说明书

发明公开了一种自支撑多孔硅/ZnO复合材料的制备方法，其制备步骤包括如下：自支撑多孔硅的制备，采用p型单晶硅的多步阳极氧化腐蚀为自支撑多孔硅；ZnO籽晶的生长，利用真空抽滤氧化锌溶液分散于多孔硅层之间，在氩气氛围下生长为氧化锌籽晶；复合材料的制备，水热合成法促进多孔硅层之间的氧化锌籽晶生长为纳米氧化锌层，形成一种微纳多孔硅/ZnO复合材料。本发明通过单晶硅多步阳极氧化腐蚀法，来实现多孔硅片层的生长和剥离；通过多孔硅表面的纳米氧化锌层实现了对多孔硅表面的钝化，改善了多孔硅表面高电阻和高反应活性，大大提高了多孔硅的电容特性和电化学稳定性，拓宽了多孔硅在超级电容器领域的应用前景。

技术领域

本发明属于电极材料领域，涉及自支撑多孔硅/ZnO复合材料的制备方法。

背景技术

随着科学技术的发展，人类的生活、工作、旅行越来越离不开电子设备，可以预见未来社会对对超级电容器的需求将呈现幂函数的增长。超级电容器，也称为电化学电容器，具有高功率密度和长循环寿命，目前作为超级电容器的电极材料常见的是活性炭。而多孔硅具有活性炭类似的多孔结构，具有超高的比表面积，已有报道其在电容器中的应用。同时，多孔硅制备简单成本低廉，易于实现工业化，但是由于其存在高电阻和高反应活性阻碍了其在超级电容器的应用。因此，通过科学的手段来降低其高电阻和高反应活性，这对开发多孔硅在超级电容器领域中的应用具有重要和深远的意义。

而目前主要的科学手段是通过在多孔表面上包裹一层赝电容层，实现多孔硅的钝化，降低多孔硅表面电化学特性，但是常见的赝电容层超级电容器电极材料包括氧化钌、氧化钇、氧化锰等，其工艺复杂且成本较高，限制了其在超级电容器的应用。因此，寻找一种工艺简单、成本低且能够实现多孔硅表面钝化，提高多孔硅的电容特性成为当前技术的焦点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自支撑多孔硅/ZnO复合材料的制备方法，通过单晶硅多步阳极氧化腐蚀法和氧化锌水热合成法，形成一种纳米氧化锌层包裹多孔硅表面的多孔硅/ZnO复合材料，达到钝化多孔硅表面和提高多孔硅发光特性、电容特性的多重效果。且本发明制备工艺简单、环保、成本较低，便于实现产业化应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种自支撑多孔硅/ZnO复合材料的制备方法，包括步骤如下：

步骤1，自支撑多孔硅制备，将经过丙酮超声清洗过的p型单晶硅固定到电解槽中，未抛光一侧与腐蚀槽底部、阴极电极完全接触，抛光一侧与腐蚀液接触，分步交替对单晶硅片进行腐蚀，腐蚀后取出多孔硅，并反复对其进行离子水冲洗去除表面电解质残留；

步骤2，ZnO籽晶生长，将步骤1处理的多孔硅放入硅醋酸锌溶液，真空抽滤，氩气气氛下高温保温；

步骤3，复合材料的制备，将非水解性水溶性锌盐、弱碱、水放入烧杯搅拌均匀，放入步骤2处理过的多孔硅，转移至反应釜，放入保温箱，90℃保温5-10h。

进一步地，步骤1中腐蚀液为氢氟酸(HF)乙醇溶液，氢氟酸与无水乙醇的体积比为1：1。

进一步地，步骤1中，通过交替控制电流密度大小、腐蚀时间长短，来实现多孔硅片层的生长和剥离，分步交替的电流密度30mA/cm²、80mA/cm²，腐蚀时间30min、1min。

进一步地，步骤2中，醋酸锌溶液配制可以选用醋酸锌二水化合物与无水乙醇，浓度可为0.08-0.16mol/L。

进一步地，步骤2中，高温保温的温度控制在340-380℃。

进一步地，步骤2中，高温保温时间控制在20-40min。

进一步地，步骤3中，非水解性水溶性锌盐为硝酸盐或硫酸盐。

进一步地，步骤3中，弱碱为氨水或尿素。