[发明专利]一种空腔结构化硅-碳核壳纳米线阵列、制备方法及其用途

摘要

本发明涉及一种空腔结构化硅‑碳核壳纳米线阵列、制备方法及其用途。该硅‑碳核壳纳米线阵列包括自支撑结构和组成该结构的有序排列的硅‑碳核壳纳米线，其中，核壳纳米线的核壳之间具有内部空腔。该纳米线阵列的制备方法包括：对硅晶片进行化学刻蚀，在硅晶片表面上形成硅纳米线阵列；在空气中加热处理，使硅纳米线表面形成氧化硅层；通过化学气相沉积法在氧化硅包覆的硅纳米线上沉积碳包覆层，去除氧化硅层后制备核壳之间具有空腔的硅‑碳核壳纳米线阵列；利用碱性溶液将空腔结构化硅‑碳核壳纳米线阵列从硅晶片上剥离。本发明所得自支撑硅‑碳核壳纳米线阵列可直接用作活性负极，其具有容量大、循环稳定和循环寿命长的特点，有实际应用价值。

主权项

1.一种空腔结构化硅‑碳核壳纳米线阵列的制备方法，其特征在于，该硅‑碳核壳纳米线阵列包括自支撑结构和组成该结构的有序排列的硅‑碳核壳纳米线，所述硅‑碳核壳纳米线的核壳之间具有内部空腔；所述硅‑碳核壳纳米线的壳为碳壳，所述碳壳为碳纳米材料；所述硅‑碳核壳纳米线阵列中，硅的重量比达90％以上，所述硅‑碳核壳纳米线作为负极材料时，负极材料的可逆容量达4mAh/cm2以上；所述制备方法包括以下步骤：(1)以聚苯乙烯、氧化硅或嵌段共聚物中的任意一种或者至少两种的纳米和/或微米级小球为掩模板，用刻蚀液对硅晶片进行刻蚀，在硅晶片表面上形成硅纳米线阵列；(2)在空气中高温氧化，使硅纳米线表面形成氧化硅层；(3)以碳氢化合物为碳源，以惰性气体和/或氢气为载气，通过化学气相沉积法在硅纳米线阵列上沉积碳纳米材料，然后以氢氟酸除去氧化硅层，以在硅晶片上形成核壳之间具有空腔的硅‑碳核壳纳米线阵列；(4)在碱性水溶液中，将硅晶片上的硅‑碳核壳纳米线阵列剥离下来，得到空腔结构化硅‑碳核壳纳米线阵列；在步骤(1)中，所述刻蚀条件包括：刻蚀温度为20～60℃，刻蚀时间为5～120分钟；在步骤(4)中，所述碱性水溶液为强碱性水溶液，所述强碱性水溶液的浓度为1～20重量％，强碱性水溶液为氢氧化钠水溶液和/或氢氧化钾水溶液；在步骤(4)中，所述剥离的条件包括：温度为50～95℃，时间为5分钟～10小时。