本發(fā)明涉及多孔納米功能材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種多孔硅粉的制備方法。

背景技術(shù)：

早在1956年時(shí)，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室Uhlir首次發(fā)現(xiàn)并報(bào)道了通過(guò)電化學(xué)腐蝕法可以形成多孔硅薄膜。自從多孔硅被發(fā)現(xiàn)以后，多孔硅被廣泛應(yīng)用于生物與化學(xué)傳感器、光催化、能源、超級(jí)電容器、生物成像、藥物遞送等領(lǐng)域。

目前，多孔硅的制備方法有國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)的制備多孔硅的方法有多種，但總體可歸納為電化學(xué)方法、光化學(xué)腐蝕法、刻蝕法和水熱腐蝕法。當(dāng)前較成熟的多孔硅制備方法有陽(yáng)極電化學(xué)刻蝕法、鎂熱還原法、水熱法。但是陽(yáng)極電化學(xué)刻蝕法僅適用于硅片的多孔結(jié)構(gòu)制備，不僅硅片原料價(jià)格昂貴，而且能耗較高，此方法不適用于多孔硅粉的制備。

同濟(jì)大學(xué)包志豪等人公開(kāi)了一種用鎂熱還原法制備多孔硅的方法(公開(kāi)號(hào)：CN 102259858A)，該方法以硅的氧化物SiO_x(x＝0.5-2)為原料，通過(guò)鎂熱還原反應(yīng)生成硅和氧化鎂的混合物，再使用酸選擇性溶解掉氧化鎂，最終獲得自支撐的多孔硅材料。雖然該方法較電化學(xué)陽(yáng)極腐蝕方法工藝簡(jiǎn)單，避免使用價(jià)格昂貴的單晶硅片，但是它反應(yīng)能耗高、需惰性氣體保護(hù)導(dǎo)致成本較高。因此，限制了鎂熱還原法的大規(guī)模應(yīng)用。

陳乾旺等人提出了水熱法制備多孔硅的技術(shù)(公開(kāi)號(hào)：CN 1212989A)，將硅粉置于高壓釜內(nèi)，含0.1～0.8mol/L氟離子的水溶液中，填充度為60％～80％，調(diào)節(jié)體系的氧化氣氛為2.0-10.0N/L，在100℃～250℃溫度下保持0.5～2小時(shí)。盡管這種方法較其他方法簡(jiǎn)便，但是加熱溫度較高，同時(shí)孔隙較小，孔隙結(jié)構(gòu)可控性較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于根據(jù)當(dāng)前多孔硅粉的制備中的缺點(diǎn)，提供一種多孔硅粉的制備方法，以鋁硅合金粉為原料，在酸腐蝕體系中，直接腐蝕合金粉中的鋁后形成多孔硅粉，在硅粉內(nèi)部形成孔隙率、結(jié)構(gòu)可控的孔隙，所述方法

一種多孔硅粉的制備方法，包括以下步驟：

1)采用刻蝕液對(duì)鋁硅合金粉進(jìn)行刻蝕，經(jīng)過(guò)1-600min的刻蝕得到含有納米級(jí)孔道的多孔硅，孔徑在1-1000nm；

2)將含有納米級(jí)孔道的多孔硅置于酸性溶液中浸泡，之后經(jīng)清洗去除雜質(zhì)，得到多孔硅粉。

所述的刻蝕液為由FeCl₃、HCl、乙醇和水組成的混合溶液或者由AgNO₃、HCl、乙醇和水組成的混合溶液。

本方法在刻蝕劑中加入金屬鹽溶液作為催化劑，金屬離子優(yōu)先置換合金粉中的鋁，使反應(yīng)中加入電化學(xué)反應(yīng)，極大的提高了反應(yīng)速度。相較于單純的酸刻蝕，縮短了反應(yīng)時(shí)間，提高產(chǎn)量。

步驟1)中，所述的鋁硅合金粉的粒徑小于等于500μm。所述的鋁硅合金粉

所述的刻蝕液中，F(xiàn)eCl₃或AgNO₃的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1％～10％，HCl的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5％～15％，乙醇的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.5％～5％。

所述的刻蝕的溫度為30℃～90℃。進(jìn)一步優(yōu)選，所述的刻蝕的溫度為30℃～40℃。所述的刻蝕的溫度為30℃。

所述的刻蝕的過(guò)程采用機(jī)械攪拌或者磁力攪拌。

步驟2)中，所述的酸性溶液為HCl、HF、H₂SO₄、HNO₃中的一種或兩種以上(包括兩種)，酸性溶液可以是單一酸或者混合酸。所述的浸泡的時(shí)間為0.5-5小時(shí)。

所述的酸性溶液的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1％～10％。

所述的清洗去除雜質(zhì)采用去離子水清洗。

最優(yōu)選的，一種多孔硅粉的制備方法，包括以下步驟：

1)采用刻蝕液對(duì)鋁硅合金粉進(jìn)行刻蝕，經(jīng)過(guò)30℃、60min的刻蝕，刻蝕的過(guò)程采用300r/min磁力攪拌，得到含有納米級(jí)孔道的多孔硅，孔徑在1-1000nm；

所述的鋁硅合金粉的粒徑小于等于200μm；

所述的刻蝕液為由FeCl₃、HCl、乙醇和水組成的混合溶液，所述的刻蝕液中，F(xiàn)eCl₃的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5％，HCl的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10％，乙醇的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2％；

2)將含有納米級(jí)孔道的多孔硅置于質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5％鹽酸溶液中浸泡1小時(shí)，之后采用去離子水清洗去除雜質(zhì)，干燥得到多孔硅粉。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明提供的刻蝕硅粉制備多孔硅，引入AgNO₃或FeCl₃、HCl、乙醇和水，通過(guò)控制腐蝕液濃度可控制多孔硅粉的形貌、孔徑、成孔速度等。本法相較于傳統(tǒng)的電化學(xué)陽(yáng)極刻蝕法、鎂熱還原等方法，避免了高溫導(dǎo)致的高能耗、昂貴的高溫設(shè)備及復(fù)雜操作。本方法在刻蝕劑中加入金屬鹽溶液作為催化劑，金屬離子優(yōu)先置換合金粉中的鋁，使反應(yīng)中加入電化學(xué)反應(yīng)，極大的提高了反應(yīng)速度。相較于單純的酸刻蝕，縮短了反應(yīng)時(shí)間，提高產(chǎn)量。

本方法的優(yōu)勢(shì)在于利用簡(jiǎn)單反應(yīng)加電化學(xué)反應(yīng)常溫下制備多孔硅，避免了加熱設(shè)備。本方法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、反應(yīng)時(shí)間短、操作方便、成本低、材料結(jié)構(gòu)可控、能適應(yīng)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)等優(yōu)勢(shì)。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1制備的具有納米孔的多孔硅的SEM圖片圖像，其中放大倍數(shù)為×50K。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)具體實(shí)例詳細(xì)介紹本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明不局限于實(shí)施例，以下實(shí)例僅限于解釋本發(fā)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)包括權(quán)利要求書中的所有內(nèi)容。

如無(wú)特別說(shuō)明，本發(fā)明實(shí)施例中出現(xiàn)的百分?jǐn)?shù)均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。

實(shí)施例1

本實(shí)例所述多孔硅的制備方法，具體包括以下步驟：

(1)硅粉的刻蝕：鋁硅合金粉的粒徑小于等于200μm，在30℃下放入5％FeCl₃、10％鹽酸、2％酒精和水的混合液中進(jìn)行刻蝕，同時(shí)進(jìn)行磁力攪拌(攪拌速度為300r/min)，經(jīng)過(guò)60min的刻蝕，得到多孔硅，孔徑在1-1000nm之間。

(2)將(1)中得到的多孔硅的放入5％的HCl中進(jìn)行浸泡1小時(shí)得到的多孔硅粉。

(3)將(2)中得到的多孔硅粉用去離子水清洗3次，然后干燥即可得到多孔硅粉。

實(shí)施例2

本實(shí)例所述多孔硅的制備方法，具體包括以下步驟：

(1)硅粉的刻蝕：在30℃下放入5％FeCl₃、20％％鹽酸與2％混酒精合液中進(jìn)行刻蝕(攪拌速度為300r/min)，同時(shí)進(jìn)行磁力攪拌，經(jīng)過(guò)60min的刻蝕。

(2)將(1)中得到的多孔硅的放入5％的HCl中進(jìn)行浸泡1小時(shí)。

(3)將(2)中得到的多孔硅粉用去離子水清洗3次，然后干燥即可得到多孔硅粉。

實(shí)施例3

本實(shí)例所述多孔硅的制備方法，具體包括以下步驟：

(1)硅粉的刻蝕：在30℃下放入5％AgNO₃、10％鹽酸與2％混酒精合液中進(jìn)行刻蝕，同時(shí)進(jìn)行磁力攪拌(攪拌速度為300r/min)，經(jīng)過(guò)60min的刻蝕。

(2)將(1)中得到的多孔硅的放入5％的HCl中進(jìn)行浸泡1小時(shí)。

(3)將(2)中得到的多孔硅粉用去離子水清洗3次，然后干燥即可得到多孔硅粉。

實(shí)施例4

本實(shí)例所述多孔硅的制備方法，具體包括以下步驟：

(1)硅粉的刻蝕：在30℃下放入5％AgNO₃、20％鹽酸與2％混酒精合液中進(jìn)行刻蝕，同時(shí)進(jìn)行磁力攪拌(攪拌速度為300r/min)，經(jīng)過(guò)60min的刻蝕。

(2)將(1)中得到的多孔硅的放入5％的HCl中進(jìn)行浸泡1小時(shí)。

(3)將(2)中得到的多孔硅粉用去離子水清洗3次，然后干燥即可得到多孔硅粉。