本發(fā)明涉及一種用lialh4制取發(fā)光多孔硅的方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有制取發(fā)光多孔硅的方法，大都采用電化學(xué)腐蝕法，即：在聚四氟乙烯腐蝕槽里，插入硅片和鉑片分別作為陽(yáng)極和陰極，用氫氟酸或氫氟酸加乙醇作為電解液，發(fā)光多孔硅的制取受到溶液的濃度和成分、電流密度、電阻率、環(huán)保及溫度等諸多因素的限制，發(fā)光多孔硅的制取對(duì)光照較為敏感。該方法制取發(fā)光多孔硅的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程較復(fù)雜，至今并不完全清楚，在氫氟酸溶液中，硅片的電化學(xué)腐蝕速度是極慢的，產(chǎn)生的廢液也難以處理。

該方法存在以下缺餡：一、制取過(guò)程中產(chǎn)生廢液等，污染環(huán)境；二、制取過(guò)程中消耗大量的電能，能耗高；三、制得的發(fā)光多孔硅提純較困難；四、制取成本高(原材料價(jià)格較高)，所用設(shè)備須耐腐蝕(氫氟酸的腐蝕性極強(qiáng))，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。上述缺餡，使得現(xiàn)有制取發(fā)光多孔硅的方法難以在工業(yè)上大規(guī)模使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用lialh4制取發(fā)光多孔硅的方法，本方法綠色環(huán)保，能耗低，工藝簡(jiǎn)單，成本低，設(shè)備少且簡(jiǎn)單，易于在工業(yè)上大規(guī)模使用；另，制取的發(fā)光多孔硅的光電效應(yīng)較佳。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種用lialh4制取發(fā)光多孔硅的方法，依次包括以下步驟：

(1)將白炭黑、lialh4按(0.8-1.6)：(0.53-1.13)的重量份之比混合均勻，得混合物，并將混合物置于爐腔容積為10-30升的加熱爐內(nèi)；

(2)在混合物的表面均勻撒布100-325目的碳粉，碳粉、混合物的重量份之比為(0.07-0.17)：(1.33-2.73)；

(3)將加熱爐的爐腔溫度經(jīng)1-2h升溫至400-550℃，保溫反應(yīng)3-5h，得到反應(yīng)產(chǎn)物；

(4)將反應(yīng)產(chǎn)物逐步冷卻至室溫，冷卻條件為每小時(shí)降低溫度55-65℃，然后，依次利用鹽酸、常溫蒸餾水、乙醇洗滌反應(yīng)產(chǎn)物至少一遍，得到洗滌物；

(5)將洗滌物在90-110℃的溫度下烘干2-3h，得到發(fā)光多孔硅。

在本發(fā)明的制備方法中：

(3)中，將加熱爐的爐腔溫度經(jīng)1-2h升溫至400-550℃，保溫反應(yīng)3-5h，得到反應(yīng)產(chǎn)物。這樣，碳粉經(jīng)過(guò)有氧燃燒，可充分消耗加熱爐中的氧氣，為還原反應(yīng)打下良好基礎(chǔ)。

其反應(yīng)機(jī)理為：lialh4+sio2＝lialo2+si+4h2↑

這樣，在較低的反應(yīng)溫度(400-550℃)、較短的反應(yīng)時(shí)間(3-5h)條件下，白炭黑(微米或納米級(jí)二氧化硅)、lialh4(還原劑)之間就可充分地發(fā)生還原反應(yīng)并得到反應(yīng)產(chǎn)物，反應(yīng)產(chǎn)物中包括lialo2(鹽類)、發(fā)光多孔硅。

故，本方法的優(yōu)點(diǎn)為：

一、綠色環(huán)保，制取過(guò)程中產(chǎn)生的是鹽類，不會(huì)污染環(huán)境；

二、能耗低，制取過(guò)程中的反應(yīng)溫度僅400-550℃；

三、制取的發(fā)光多孔硅提純較容易，利用較為簡(jiǎn)單的洗滌、烘干步驟，就可去除反應(yīng)產(chǎn)物中的鹽類，且制取的發(fā)光多孔硅的光電效應(yīng)較佳；

四、制取成本低(原材料價(jià)格較低)，所用設(shè)備少且無(wú)須耐腐蝕，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。

上述優(yōu)點(diǎn)，使得本方法易于在工業(yè)上大規(guī)模使用。

本發(fā)明在發(fā)光多孔硅的制取過(guò)程中：

所述(4)中依次利用鹽酸、常溫蒸餾水、乙醇按逐遍方式重復(fù)洗滌反應(yīng)產(chǎn)物三遍，且每一遍洗滌反應(yīng)產(chǎn)物時(shí)，均采用2-5重量份、重量百分比濃度為5-10％的鹽酸，均采用2-5重量份的常溫蒸餾水，均采用2-5重量份、分析純級(jí)的乙醇。

依次利用鹽酸、常溫蒸餾水、乙醇按逐遍方式重復(fù)洗滌反應(yīng)產(chǎn)物三遍，這樣，可充分洗去反應(yīng)產(chǎn)物中的鹽類。

附圖說(shuō)明

圖1是本方法實(shí)施例三制取的發(fā)光多孔硅的xrd衍射圖。

圖2是本方法實(shí)施例三制取的發(fā)光多孔硅的紅外光譜圖。

圖3是本方法實(shí)施例三制取的發(fā)光多孔硅的掃描電子顯微鏡圖。

圖4是本方法實(shí)施例三制取的發(fā)光多孔硅的固體發(fā)射光譜圖。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)給出的實(shí)施例可以進(jìn)一步清楚地了解本發(fā)明。但，它們不是對(duì)本發(fā)明的限定。實(shí)施例一

一種用lialh4制取發(fā)光多孔硅的方法，依次包括以下步驟：

(1)將白炭黑、lialh4按0.8：0.53的重量份之比混合均勻，得混合物，并將混合物置于爐腔容積為10升的加熱爐內(nèi)；

(2)在混合物的表面均勻撒布100目的碳粉，碳粉、混合物的重量份之比為0.07：1.33；

(3)將加熱爐的爐腔溫度經(jīng)1h升溫至400℃，保溫反應(yīng)5h，得到反應(yīng)產(chǎn)物；

(4)將反應(yīng)產(chǎn)物逐步冷卻至室溫，冷卻條件為每小時(shí)降低溫度55℃，然后，依次利用鹽酸、常溫蒸餾水、乙醇按逐遍方式重復(fù)洗滌反應(yīng)產(chǎn)物三遍，且每一遍洗滌反應(yīng)產(chǎn)物時(shí)，均采用2重量份、重量百分比濃度為10％的鹽酸，均采用2重量份的常溫蒸餾水，均采用2重量份、分析純級(jí)的乙醇，得到洗滌物；

(5)將洗滌物在90℃的溫度下烘干3h，得到0.29重量份的發(fā)光多孔硅。

其中，(3)步驟的反應(yīng)機(jī)理為：lialh4+sio2＝lialo2+si+4h2↑

實(shí)施例二

一種用lialh4制取發(fā)光多孔硅的方法，依次包括以下步驟：

(1)將白炭黑、lialh4按1.6：1.13的重量份之比混合均勻，得混合物，并將混合物置于爐腔容積為30升的加熱爐內(nèi)；

(2)在混合物的表面均勻撒布325目的碳粉，碳粉、混合物的重量份之比為0.17：2.73；

(3)將加熱爐的爐腔溫度經(jīng)2h升溫至550℃，保溫反應(yīng)3h，得到反應(yīng)產(chǎn)物；

(4)將反應(yīng)產(chǎn)物逐步冷卻至室溫，冷卻條件為每小時(shí)降低溫度65℃，然后，依次利用鹽酸、常溫蒸餾水、乙醇按逐遍方式重復(fù)洗滌反應(yīng)產(chǎn)物三遍，且每一遍洗滌反應(yīng)產(chǎn)物時(shí)，均采用5重量份、重量百分比濃度為5％的鹽酸，均采用5重量份的常溫蒸餾水，均采用5重量份、分析純級(jí)的乙醇，得到洗滌物；

(5)將洗滌物在110℃的溫度下烘干2h，得到0.69重量份的發(fā)光多孔硅。

其中，(3)步驟的反應(yīng)機(jī)理為：lialh4+sio2＝lialo2+si+4h2↑

實(shí)施例三

一種用lialh4制取發(fā)光多孔硅的方法，依次包括以下步驟：

(1)將白炭黑、lialh4按1.2：0.83的重量份之比混合均勻，得混合物，并將混合物置于爐腔容積為20升的加熱爐內(nèi)；

(2)在混合物的表面均勻撒布230目的碳粉，碳粉、混合物的重量份之比為0.12：2.03；

(3)將加熱爐的爐腔溫度經(jīng)1.5h升溫至500℃，保溫反應(yīng)4h，得到反應(yīng)產(chǎn)物；

(4)將反應(yīng)產(chǎn)物逐步冷卻至室溫，冷卻條件為每小時(shí)降低溫度60℃，然后，依次利用鹽酸、常溫蒸餾水、乙醇按逐遍方式重復(fù)洗滌反應(yīng)產(chǎn)物三遍，且每一遍洗滌反應(yīng)產(chǎn)物時(shí)，均采用3.5重量份、重量百分比濃度為7％的鹽酸，均采用3.5重量份的常溫蒸餾水，均采用3.5重量份、分析純級(jí)的乙醇，得到洗滌物；

(5)將洗滌物在100℃的溫度下烘干2.5h，得到0.49重量份的發(fā)光多孔硅。

其中，(3)步驟的反應(yīng)機(jī)理為：lialh4+sio2＝lialo2+si+4h2↑

對(duì)于本方法實(shí)施例三制取的發(fā)光多孔硅，分別進(jìn)行xrd衍射檢測(cè)、紅外光譜檢測(cè)、掃描電子顯微鏡檢測(cè)、固體發(fā)生光譜檢測(cè)，相應(yīng)的具體表征內(nèi)容如下：

1、xrd衍射檢測(cè)

x射線衍射檢測(cè)的掃描衍射角角度為10～90°，掃描速度為4°/min。

參見(jiàn)圖1，圖1是本方法實(shí)施例三制取的發(fā)光多孔硅的xrd衍射圖。其中：橫坐標(biāo)為xrd衍射檢測(cè)的掃描衍射角角度(度)，縱坐標(biāo)為xrd衍射峰的強(qiáng)度。從圖1可知，在衍射角為28.4、38.5、45.6、66.7和77.6度時(shí)，分別對(duì)應(yīng)有明顯且尖銳的xrd衍射特征晶面(111)、(220)、(311)、(400)和(331)衍射峰，所述的衍射峰與硅的標(biāo)準(zhǔn)值(jcpdsno.27-1402)完全對(duì)應(yīng)，這表明制取的發(fā)光多孔硅為晶化程度較高的硅晶絲，其晶型較好、光電效應(yīng)較佳。圖1中的晶面(210)、(3’1’1’)、(222)、和(4’0’0’)雜質(zhì)峰，為發(fā)光多孔硅中未洗凈的少許lialo2所致，另外，衍射角為11.8度時(shí)，未標(biāo)晶面的衍射峰是由于空氣中二氧化碳的原因等所致。

2、紅外光譜檢測(cè)

采用kbr壓片法對(duì)制取的發(fā)光多孔硅進(jìn)行壓片，壓力設(shè)置為15mpa，設(shè)定波數(shù)范圍為4000～500cm^-1。

參見(jiàn)圖2，圖2為本方法實(shí)施例三制取的發(fā)光多孔硅的紅外光譜圖。其中：橫坐標(biāo)為紅外光的波數(shù)(波/cm)，縱坐標(biāo)為透光率(％)。從圖2可知，在波數(shù)3455處出現(xiàn)一個(gè)較弱的寬峰，該峰為-oh的反對(duì)稱伸縮振動(dòng)特征紅外峰，表明制取的發(fā)光多孔硅的表面有少量硅羥基；在波數(shù)1095附近，出現(xiàn)一個(gè)強(qiáng)而寬的吸收峰，它是si-si鍵的反對(duì)稱伸縮振動(dòng)特征紅外峰；在波數(shù)792處為硅氧鍵與si-si鍵重疊后的特征紅外峰；在波數(shù)622處為si-si鍵的彎曲振動(dòng)特征紅外峰。

3、掃描電子顯微鏡檢測(cè)

利用sem二次電子信號(hào)成像的原理，觀察制取的發(fā)光多孔硅的表面形貌，以此確定發(fā)光多孔硅的晶體生長(zhǎng)情況。

參見(jiàn)圖3，圖3是本方法實(shí)施例三制取的發(fā)光多孔硅的掃描電子顯微鏡圖。從圖3可知，發(fā)光多孔硅的孔洞形狀為圓形、孔徑為1.5～2.5μm，所述孔洞由硅晶絲所形成，根據(jù)本方法的反應(yīng)機(jī)理可知，氫氣的生成和逸去、副產(chǎn)物lialo2的洗去，有助于發(fā)光多孔硅的多孔洞結(jié)構(gòu)的形成，且所述硅晶絲和孔洞的分布均勻、有序，孔洞的孔徑較為統(tǒng)一，表明發(fā)光多孔硅具有更大的比表面積和量子尺寸效應(yīng)，光電效應(yīng)較佳。

4、固體發(fā)射光譜檢測(cè)

將制得的發(fā)光多孔硅均勻平鋪在高純石英比色池中，發(fā)光多孔硅的厚度為0.1-0.2毫米，激發(fā)光源的紫外光波長(zhǎng)為252nm，在amincobowmanseries2型熒光儀上對(duì)發(fā)光多孔硅激發(fā)后進(jìn)行測(cè)定。

參見(jiàn)圖4，圖4是本方法實(shí)施例三制取的發(fā)光多孔硅的固體發(fā)射光譜圖。其中：橫坐標(biāo)為熒光發(fā)射光的波長(zhǎng)(nm)，縱坐標(biāo)為熒光發(fā)射光的強(qiáng)度(a.u.)。從圖4可知，發(fā)光多孔硅用252nm波長(zhǎng)的紫外光激發(fā)后，所得到較強(qiáng)的熒光發(fā)射光的波長(zhǎng)在310-450nm，其原因在于：發(fā)光多孔硅是由納米級(jí)、多孔洞的晶絲所組成，這些晶絲具有二維量子效應(yīng)，導(dǎo)致硅的基態(tài)價(jià)電子能有效吸收紫外光后躍遷到更高價(jià)，發(fā)光多孔硅內(nèi)同時(shí)產(chǎn)生空穴，而當(dāng)激發(fā)態(tài)電子輻射躍遷回到基態(tài)時(shí)，產(chǎn)生熒光發(fā)射光。從圖4還可知，發(fā)光多孔硅有著十分明顯的熒光發(fā)射光特征峰(382nm)，這是因其具有更高的孔洞密度、更大的比表面積和量子效應(yīng)，這些與掃描電子顯微鏡檢測(cè)的結(jié)果相一致。