一种掺杂纳米硅材料的制备方法及其在光超级电容器领域的应用

摘要

本发明提供一种利用掺杂气体制备掺杂纳米硅的方法，使纳米硅材料的尺寸和性能得到精确控制的同时，实现掺杂纳米硅材料的规模化制备；本发明在合成的过程中对纳米硅进行原位可控元素掺杂，提高纳米硅材料的导电性和光响应性能，并将制备的掺杂纳米硅作为光电极材料应用在光超级电容器领域。首先使用自动控制直流电弧金属纳米粉体生产设备，在通入氢气、惰性气体和含有掺杂元素气体的混合气氛中，以钨电极为电弧阴极，硅块为电弧阳极，引弧蒸发硅块原料，在原位制备的基础上一次性得到掺杂的纳米硅材料。本发明原料来源丰富，制备过程简单，可规模化制备；产物环境友好无污染，结构新颖；掺杂元素的加入，提高了纳米硅结构的光电特性。

主权项

一种掺杂纳米硅材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，在自动控制直流电弧金属纳米粉体生产设备粉体生成室的阳极上放置硅块，通入氢气、惰性气体和含有掺杂元素的掺杂气体，粉体生成室的总气压保持在0Pa～9.5×10⁴Pa；所述的硅块为20～200g，硅块的纯度为99.9％及以上；所述的含有掺杂元素的掺杂气体为甲烷、乙烷、乙炔、乙烯、丙烯、丙炔、丙烷、丁烷、丁烯、氮气、氨气、乙硼烷或磷烷的一种及其组合；所述的氢气、惰性气体和掺杂气体的比例为1:0:0.005～1:9:0.5；第二步，接通电源形成稳定电弧，蒸发硅块，控制电弧反应时间为5～15min；待反应产物冷却至室温后，引入空气进行钝化处理，得到掺杂纳米硅材料。