專(zhuān)利名稱(chēng)：一種在Si襯底上制備納米Ni催化劑顆粒的方法
一種在Si襯底上制備納米Ni催化劑顆粒的方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種在Si襯底上制備納米M催化劑顆粒的方法。
背景技術(shù)：
從上世紀(jì)90年代碳納米管的發(fā)現(xiàn)開(kāi)始，一維納米材料成了人們研究的熱點(diǎn)之一。 從基礎(chǔ)科學(xué)的角度看，納米材料的力、熱、電、光、磁等性質(zhì)，與傳統(tǒng)塊體材料有很大差異，其研究具有豐富的科學(xué)內(nèi)容和重要的科學(xué)價(jià)值。從技術(shù)應(yīng)用的角度看，電子信息技術(shù)的突飛猛進(jìn)，對(duì)器件的微型化、靈敏度、集成度提出了更高的要求，器件的基本組成單元特征尺寸已經(jīng)到了納米量級(jí)，達(dá)到了傳統(tǒng)材料和器件的制備、加工、構(gòu)造的極限，必須要有新的基于納米材料體系的科學(xué)技術(shù)才能解決這一問(wèn)題。一維納米材料是二十一世紀(jì)科研新的立足點(diǎn)，有望成為未來(lái)納米器件的關(guān)鍵組成，其可控生長(zhǎng)是其器件化的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問(wèn)題之一。
目前，過(guò)渡金屬催化劑被廣泛的應(yīng)用于一維納米材料的制備中，為了制備一維納米材料或高度取向的納米陣列，例如納米線(xiàn)及其陣列或納米棒及其陣列，制備一維納米材料之前襯底上納米Ni、Au、Pt等催化劑顆粒的自組裝生長(zhǎng)及其分散的均勻程度、顆粒的大小及均勻程度對(duì)一維納米材料的可控制備很重要。而現(xiàn)有方法制備納米M催化劑顆粒的方法存在工藝復(fù)雜，顆粒大小和分布不均勻等缺點(diǎn)，影響一維納米材料或高度取向的納米陣列的制備。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在Si襯底上制備納米M催化劑顆粒的方法，解決現(xiàn)有 Si襯底上制備納米m催化劑顆粒的方法中存在的工藝復(fù)雜、顆粒大小和分布不均勻的缺點(diǎn)O
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種在Si襯底上制備納米M催化劑顆粒的方法，其特征在于，按照以下步驟進(jìn)行
步驟1 在Si襯底上制備N(xiāo)i薄膜
首先，將Si基片放入體積比為1 1的濃硝酸和雙氧水的混合溶液中煮沸l(wèi)Omin， 再放入按體積比為1 1 6的雙氧水、氨水和去離子水的混合溶液中煮沸l(wèi)Omin，再將Si 基片氫氟酸溶液中浸泡15秒鐘后用去離子水將硅基片清洗干凈；最后，將硅基片放在體積比為1 1 6的雙氧水、鹽酸和去離子水的混合溶液中煮15min，取出后用去離子水沖洗， 然后，將清洗過(guò)的Si襯底放入配置好的硝酸鎳的乙醇溶液中超聲振蕩2小時(shí)后取出，之后放入馬弗爐干燥，得到涂覆有M薄膜的Si襯底；
步驟2 納米Ni催化劑顆粒的制備
把步驟1制得的涂覆有Ni薄膜的Si襯底放入石英舟的中間位置，同石英舟一起放入高溫管式氣氛爐的恒溫區(qū)，通入流量為300sCCm&N2 20min，用以除去管式爐中的空氣，之后將爐內(nèi)溫度升至310°C，保持310°C恒溫30min后關(guān)閉隊(duì)；然后，繼續(xù)升溫至750°C 8500C，此時(shí)通入流量為IOOsccm的NH3,保持恒溫20 40min后關(guān)閉NH3,最后，通入N25min 以清除管式爐中的NH3,同時(shí)自然冷卻至常溫，即完成在Si襯底制備的納米M催化劑顆粒。
本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
步驟1中所述的Si襯底為Si (111)襯底。
步驟1中所述的氫氟酸溶液的體積濃度為10%。
步驟1中所述的硝酸鎳的乙醇溶液的質(zhì)量濃度為2%。
本發(fā)明的有益效果是，通過(guò)用高溫氨氣刻蝕法在Si襯底上制備的納米M催化劑顆粒，得到的納米M催化顆粒大小、分布均勻，密度大，為一維納米材料的制備提供優(yōu)質(zhì)的催化劑顆粒。


圖1是本發(fā)明方法在Si襯底上制備的納米Ni催化劑顆粒的XRD圖譜；
圖2是本發(fā)明方法在Si襯底上制備的納米Ni催化劑顆粒的SEM圖像。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明提供一種在Si襯底上制備納米M催化劑顆粒的方法，利用高溫氨氣刻蝕法在Si襯底上制備納米Ni催化劑顆粒，具體按照以下步驟實(shí)施
步驟1 在Si襯底上制備N(xiāo)i薄膜
首先，將Si(Ill)襯底放入1 1體積比的濃硝酸和雙氧水的混合溶液中煮沸 IOmin ；再放入按1 1 6體積比的雙氧水、氨水和去離子水的混合溶液煮沸IOmin ；再將硅基片放在10%氫氟酸溶液中浸泡15秒鐘后用去離子水將硅基片清洗干凈；最后，將硅基片放在體積比為1 1 6的雙氧水、鹽酸和去離子水的混合溶液中煮15min，取出后用去離子水沖洗。
然后，配置質(zhì)量濃度為2%的硝酸鎳乙醇溶液，將清洗過(guò)的Si襯底放入配置好的硝酸鎳乙醇溶液中超聲振蕩2小時(shí)后取出，放入馬弗爐干燥，得到涂覆有M薄膜的Si襯底；
步驟2 納米Ni催化劑顆粒的制備
把步驟1制得的涂覆有Ni薄膜的Si襯底放入石英舟的中間位置，把石英舟放入高溫管式氣氛爐的恒溫區(qū)，通入流量為300sCCm&N2 20min，用以除去管式爐中的空氣，再將溫度升至310°C，保持310°C恒溫30min后關(guān)閉N2 ；然后，繼續(xù)升溫至750°C 850°C，此時(shí)通入流量為IOOsccm的NH3，保持恒溫20 40min后關(guān)閉NH3。最后，通入5min N2以清除管式爐中的NH3,同時(shí)自然冷卻降至常溫，即完成在Si襯底制備的納米M催化劑顆粒。
實(shí)施例1
步驟1 首先，將Si (111)襯底放入1 1體積比的濃硝酸和雙氧水的混合溶液中煮沸IOmin ；再放入按1 1 6體積比的雙氧水、氨水和去離子水的混合溶液煮沸IOmin ； 再將Si (111)襯底放在10%氫氟酸溶液中浸泡15秒鐘后用去離子水將硅基片清洗干凈； 最后，將Si (111)襯底放在體積比為1 1 6的雙氧水、鹽酸和去離子水的混合溶液中煮 15min，取出后用去離子水沖洗。然后，配置質(zhì)量濃度為2%的硝酸鎳乙醇溶液，將清洗過(guò)的Si(Ill)襯底放入配置好的硝酸鎳乙醇溶液中超聲振蕩2小時(shí)后取出，放入馬弗爐干燥，得到涂覆有M薄膜的Si襯底。
步驟2 把步驟1制得的涂覆有M薄膜的Si襯底放入石英舟的中間位置，把石英舟放入高溫管式氣氛爐的恒溫區(qū)，通入流量為300SCCm&N220min，用以除去管式爐中的空氣，再將溫度升至310°C，保持310°C恒溫30min后關(guān)閉N2 ；然后，繼續(xù)升溫至750°C，此時(shí)通入流量為lOOsccm的NH3，保持恒溫30min后關(guān)閉NH3。最后，通入5min N2以清除管式爐中的NH3,同時(shí)自然冷卻降至常溫，即完成在Si襯底制備的納米M催化劑顆粒。
實(shí)施例2
步驟1 首先，將Si (111)襯底放入1 1體積比的濃硝酸和雙氧水的混合溶液中煮沸IOmin ；再放入按1 1 6體積比的雙氧水、氨水和去離子水的混合溶液煮沸IOmin ； 再將Si (111)襯底放在10%氫氟酸溶液中浸泡15秒鐘后用去離子水將Si (111)襯底清洗干凈；最后，將Si (111)襯底放在體積比為1 1 6的雙氧水、鹽酸和去離子水的混合溶液中煮15min，取出后用去離子水沖洗。
然后，配置質(zhì)量濃度為2%的硝酸鎳乙醇溶液，將清洗過(guò)的Si襯底放入配置好的硝酸鎳乙醇溶液中超聲振蕩2小時(shí)后取出，放入馬弗爐干燥，得到涂覆有M薄膜的Si襯底。
步驟2 把步驟1制得的涂覆有M薄膜的Si襯底放入石英舟的中間位置，把石英舟放入高溫管式氣氛爐的恒溫區(qū)，通入流量為300SCCm&N220min，用以除去管式爐中的空氣，再將溫度升至310°C，保持310°C恒溫30min后關(guān)閉N2 ；然后，繼續(xù)升溫至800°C，此時(shí)通入流量為lOOsccm的NH3，保持恒溫20min后關(guān)閉NH3。最后，通入5min N2以清除管式爐中的NH3,同時(shí)自然冷卻降至常溫，即完成在Si襯底制備的納米M催化劑顆粒。
實(shí)施例3
步驟1 首先，將Si (111)襯底放入1 1體積比的濃硝酸和雙氧水的混合溶液中煮沸IOmin ；再放入按1 1 6體積比的雙氧水、氨水和去離子水的混合溶液煮沸IOmin ； 再將Si (111)襯底放在10%氫氟酸溶液中浸泡15秒鐘后用去離子水將Si (111)襯底清洗干凈；最后，將Si (111)襯底放在體積比為1 1 6的雙氧水、鹽酸和去離子水的混合溶液中煮15min，取出后用去離子水沖洗。然后，配置質(zhì)量濃度為2%的硝酸鎳乙醇溶液，將清洗過(guò)的Si襯底放入配置好的硝酸鎳乙醇溶液中超聲振蕩2小時(shí)后取出，放入馬弗爐干燥， 得到涂覆有M薄膜的Si襯底。
步驟2 把步驟1制得的涂覆有M薄膜的Si襯底放入石英舟的中間位置，把石英舟放入高溫管式氣氛爐的恒溫區(qū)，通入流量為300SCCm&N220min，用以除去管式爐中的空氣，再將溫度升至310°C，保持310°C恒溫30min后關(guān)閉N2 ；然后，繼續(xù)升溫至850°C，此時(shí)通入流量為lOOsccm的NH3，保持恒溫40min后關(guān)閉NH3。最后，通入5min N2以清除管式爐中的NH3,同時(shí)自然冷卻降至常溫，即完成在Si襯底制備的納米M催化劑顆粒。
在進(jìn)行該發(fā)明的方法的研究過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)影響納米M催化劑顆粒形貌的主要因素有
1)刻蝕溫度對(duì)形貌的影響；
2)刻蝕時(shí)間對(duì)形貌的影響。
所以對(duì)以上實(shí)施例得到的三種納米Ni催化劑顆粒進(jìn)行SEM表征，通過(guò)形貌分析發(fā)現(xiàn)，刻蝕溫度為800°C時(shí)得到的納米M催化顆粒大小、分布均勻，密度大。所以，在管式爐中氨氣刻蝕溫度設(shè)定為800°C時(shí)為優(yōu)選方案。
并且對(duì)得到的三種納米M催化劑顆粒進(jìn)行SEM表征，通過(guò)形貌分析發(fā)現(xiàn)，刻蝕時(shí)間為30min時(shí)得到的M納米顆粒大小、分布均勻，密度大。所以，在管式爐中氨氣刻蝕時(shí)間設(shè)定為30min時(shí)為優(yōu)選方案。
本發(fā)明方法利用高溫氨氣刻蝕方法在Si(Ill)襯底上制備出了分布和大小均勻、 密度較大的納米M催化劑顆粒。如圖1所示，是本發(fā)明在Si襯底上制備的納米M催化劑顆粒的XRD圖譜，從圖中可以看出，所有衍射峰與ASTM數(shù)據(jù)M的衍射峰符合很好，XRD圖譜結(jié)果表明所制備樣品是M顆粒。
圖2是本發(fā)明在Si襯底上制備的納米Ni催化劑顆粒的SEM圖像，是優(yōu)選方案下在Si襯底上制備的納米M催化劑顆粒的表征，從圖中可以觀察到生成了大量的分布和大小均勻的納米Ni催化劑顆粒，直徑為100 150nm。
一維半導(dǎo)體納米材料有望成為未來(lái)納米器件的關(guān)鍵組成，是半導(dǎo)體納米材料的重要成員，在未來(lái)有很大的應(yīng)用前景，是未來(lái)半導(dǎo)體激光器及光電探測(cè)器、光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、高性能紫外探測(cè)器和高溫、高頻、大功率半導(dǎo)體器件等光電子學(xué)和微電子學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的材料基礎(chǔ)。因此，對(duì)一維半導(dǎo)體納米材料的可控制備技術(shù)研究在目前整個(gè)一維納米材料的研究中占有很重要的地位。制備一維納米材料的工藝中，襯底上納米附、Pt催化劑顆粒分散的均勻程度、顆粒的大小均勻程度對(duì)一維納米材料的制備很重要。本發(fā)明中，我們用高溫氨氣刻蝕法在Si襯底上制備納米M催化劑顆粒，此方法簡(jiǎn)單、顆粒大小和分布均勻。
權(quán)利要求
1.一種在Si襯底上制備納米Ni催化劑顆粒的方法，其特征在于，按照以下步驟進(jìn)行步驟1 在Si襯底上制備N(xiāo)i薄膜首先，將Si基片放入體積比為1 1的濃硝酸和雙氧水的混合溶液中煮沸l(wèi)Omin，再放入按體積比為1 1 6的雙氧水、氨水和去離子水的混合溶液中煮沸l(wèi)Omin，再將Si基片氫氟酸溶液中浸泡15秒鐘后用去離子水將硅基片清洗干凈；最后，將硅基片放在體積比為1 1 6的雙氧水、鹽酸和去離子水的混合溶液中煮15min，取出后用去離子水沖洗，然后，將清洗過(guò)的Si襯底放入配置好的硝酸鎳的乙醇溶液中超聲振蕩2小時(shí)后取出，之后放入馬弗爐干燥，得到涂覆有M薄膜的Si襯底；步驟2 納米M催化劑顆粒的制備把步驟1制得的涂覆有M薄膜的Si襯底放入石英舟的中間位置，同石英舟一起放入高溫管式氣氛爐的恒溫區(qū)，通入流量為300sCCm&N2 20min，用以除去管式爐中的空氣， 之后將爐內(nèi)溫度升至310°C，保持310°C恒溫30min后關(guān)閉隊(duì)；然后，繼續(xù)升溫至750°C 8500C，此時(shí)通入流量為IOOsccm的NH3,保持恒溫20 40min后關(guān)閉NH3,最后，通入N2 5min 以清除管式爐中的NH3,同時(shí)自然冷卻至常溫，即完成在Si襯底制備的納米M催化劑顆粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1中所述的Si襯底為Si(111)襯底。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1中所述的氫氟酸溶液的體積濃度為 10%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1中所述的硝酸鎳的乙醇溶液的質(zhì)量濃度為2%。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種在Si襯底上制備納米Ni催化劑顆粒的方法，先清洗Si襯底，然后將清洗過(guò)的Si襯底放入硝酸鎳乙醇溶液中超聲振蕩后放入馬弗爐干燥，得到涂覆有Ni薄膜的Si襯底，把制得的涂覆有Ni薄膜的Si襯底放入石英舟，放入高溫管式氣氛爐，通入N2除去管式爐中的空氣，之后升溫利用高溫氨氣刻蝕法在Si襯底上制備納米Ni催化劑顆粒，最后，通入N2清除管式爐中的NH3，同時(shí)自然冷卻至常溫，即完成在Si襯底制備的納米Ni催化劑顆粒。解決現(xiàn)有Si襯底上制備納米Ni催化劑顆粒的方法中存在的工藝復(fù)雜，顆粒大小和分布不均勻的缺點(diǎn)。
文檔編號(hào)B01J23/755GK102500380SQ20111038930
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者劉滿(mǎn)倉(cāng), 崔真, 朱鵬飛, 李恩玲, 趙丹娜, 趙濤, 馬德明 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)