一種熔鹽法低溫制備三維多孔納米硅的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料合成技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種熔鹽法低溫制備三維多孔納米硅的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]硅是地殼中第二大含量(約為26.4% )的元素。它作為一種常見的半導(dǎo)體材料，已經(jīng)成為現(xiàn)代高科技社會(huì)不可或缺的重要技術(shù)基礎(chǔ)。納米硅的應(yīng)用十分廣泛，首先光電子應(yīng)用方面，硅納米顆粒與硅集成電路有很好的兼容性，在電子和光電子裝置的應(yīng)用方面前景廣泛；其次，生物方面，硅納米顆?？梢杂兄芎玫纳锛嫒菪院头€(wěn)定性，可滿足植入體內(nèi)的需要，應(yīng)用于生物傳感器、細(xì)胞成像等方面；最后，硅納米材料作為鋰離子電池負(fù)極材料具有很高的理論容量(約4200mAh/g)，十倍于商業(yè)用石墨烯的容量，在能量存儲(chǔ)方面具有非常大的前景。
[0003]目前硅納米材料的制備方法主要有物理法和化學(xué)法，物理法主要包括粉碎法、機(jī)械合金化法、蒸發(fā)冷凝法等；化學(xué)法主要包括沉淀法、溶劑蒸發(fā)法、溶膠-凝膠法、氣溶膠法等。但是目前這些制備硅納米材料的方法，不是條件苛刻、成本昂貴，步驟復(fù)雜，就是前驅(qū)體毒性較大，污染嚴(yán)重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種熔鹽法低溫制備三維多孔納米硅的方法。該方法可以制備出副廣物少，廣量尚、純度尚且具有多孔結(jié)構(gòu)的納米娃。
[0005]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為:
[0006]一種熔鹽法低溫制備三維多孔納米硅的方法，其包括以下步驟:
[0007](1)將不同來源得到的二氧化硅顆粒與鎂粉按質(zhì)量比1: (1-3)混合均勻后放進(jìn)密封的不銹鋼高溫釜中；
[0008](2)將⑴中的混合物放進(jìn)充滿惰性氣體的管式爐中以1-30°C /min的升溫速度加熱到400-900°C，保溫時(shí)間為l_12h，得到產(chǎn)物硅化鎂，待產(chǎn)物隨爐冷卻至室溫后取出；
[0009](3)將(2)中所得產(chǎn)物硅化鎂與無水氯化物MxCly按質(zhì)量比為1: (2_20)混合均勻后再次放入不銹鋼高溫釜中，將混合物放進(jìn)充滿惰性氣體的管式爐中以1-30°C /min的升溫速度加熱到100-400°C，保溫時(shí)間為l_12h，待產(chǎn)物隨爐冷卻至室溫后取出；
[0010](4)將(3)中所得產(chǎn)物用鹽酸酸洗后，清洗、過濾、干燥后得到三維多孔納米硅。
[0011]上述方案中，所述步驟(1)中不同來源得到的二氧化硅顆粒為:含有二氧化硅的生物材料處理所得、自然硅藻土、或化學(xué)方法合成所得。
[0012]上述方案中，所述含有二氧化硅的生物材料為稻殼、竹葉或秸桿。
[0013]上述方案中，所述化學(xué)方法合成所得是指硅的酯類水解獲得。
[0014]上述方案中，所述步驟(2)的反應(yīng)在密封條件下完成。
[0015]上述方案中，所述步驟(3)中無水氯化物MxCly為無水氯化鋅、無水氯化鐵或無水氯化鋁中的一種或兩種以上的混合。
[0016]所述的方法制備得到的三維多孔納米硅。
[0017]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明將不同來源得到的二氧化硅顆粒與適量的鎂粉均勻混合后放入管式爐中在惰性氣氛下充分反應(yīng)后得到硅化鎂(4Mg+Si02= Mg2Si+2Mg0)，隨后將反應(yīng)產(chǎn)物硅化鎂與無水氯化物MxCly (M = Al、Zn、Fe)金屬鹽混合均勻后再放入充滿惰性氣氛的管式爐中合適溫度條件下反應(yīng)充分，MxCly作為氧化劑參與反應(yīng)來氧化Mg 2Si成單質(zhì)硅(yMg2Si+4MxCly= 2yMgCl2+4xM+ySi)，當(dāng)用酸除去嵌在硅里面的MgCl2、金屬Μ單質(zhì)最終制備得到三維多孔納米硅。由于加入的無水氯化物熔點(diǎn)低(熔點(diǎn)約100°C-40(TC)，一方面反應(yīng)時(shí)熔融的無機(jī)鹽可以保證反應(yīng)充分進(jìn)行也可控制反應(yīng)溫度，另一方面，由于以上兩個(gè)反應(yīng)程度大，副反應(yīng)少使得這種納米硅具有高產(chǎn)率、純度較高、比表面積大、顆粒均勻的特點(diǎn)。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的超細(xì)納米硅的XRD圖譜。
[0019]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的超細(xì)納米硅的掃描電鏡圖。
[0020]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的超細(xì)納米硅的透射電鏡圖。
[0021]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的超細(xì)納米硅的比表面與孔徑分析圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，當(dāng)然下述實(shí)施例不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0023]實(shí)施例1
[0024](1)將稻殼處理得到的二氧化硅顆粒1.2g與2g鎂粉混合均勻后放進(jìn)密封的不銹鋼高溫釜中；
[0025](2)將(1)中的混合物放進(jìn)充滿氬氣惰性氣體的管式爐中以5°C /min的升溫速度加熱到650°C保溫6h得到產(chǎn)物，待產(chǎn)物隨爐冷卻至室溫后取出；
[0026](3)將2g所得產(chǎn)物硅化鎂與7g無水氯化鋅(ZnCl2)混合均勻后再次放入不銹鋼高溫釜中，將混合物放進(jìn)充滿氬氣惰性氣體的管式爐中以10°C /min的升溫速度加熱到300°C保溫10h，待產(chǎn)物隨爐冷卻至室溫后取出；
[0027](4)將(3)中所得產(chǎn)物用lmol/L鹽酸酸洗除去氧化鎂、氯化鎂、單質(zhì)金屬Zn后，清洗、過濾、干燥后得到三維多孔納米硅。
[0028]由圖1的XRD衍射圖譜可知，在28.4。、47.3°和56.1。的三強(qiáng)峰與硅(JCPDSN0.27-1402)的三強(qiáng)峰相對(duì)應(yīng)，并基本無雜相；由圖2的掃描電鏡圖可知，本實(shí)施例制備得到的硅納米粒子直徑為30-60nm且分散較為均勻；由圖3的透射電鏡圖可知本實(shí)施例制備得到的硅納米粒子尺度大部分在50nm以下；因此本發(fā)明可在工業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。
[0029]實(shí)施例2
[0030](1)將稻殼處理得到的二氧化硅顆粒1.2g與1.2g鎂粉混合均勻后放進(jìn)密封的不銹鋼高溫釜中；
[0031](2)將(1)中的混合物放進(jìn)充滿氬氣惰性氣體的管式爐中以10°C /min的升溫速度加熱到400°C保溫lh得到產(chǎn)物，待產(chǎn)物隨爐冷卻至室溫后取出；
[0032](3)將lg所得產(chǎn)物硅化鎂與7g無水氯化鋅(ZnCl2)混合均勻后再次放入不銹鋼高溫釜中，將混合物放進(jìn)充滿氬氣惰性氣體的管式爐中以5°C /min的升溫速度加熱到100°C保溫2h，待產(chǎn)物隨爐冷卻至室溫后取出；
[0033](4)將(3)中所得產(chǎn)物用lmol/L鹽酸酸洗除去氧化鎂、氯化鎂、單質(zhì)金屬Zn后，清洗、過濾、干燥后得到三維多孔納米硅。
[0034]實(shí)施例3
[0035]