專利名稱：一種硫化鎳納米線陣列的制備方法
技術領域：
本發明屬于硫化物半導體納米材料的制備技術領域，特別涉及了一種硫化鎳納米
線陣列的制備方法。
背景技術：
半導體納米結構對光電子器件的微小化有重要的意義。近年來隨著納米材料研究 的深入，越來越多的研究集中在半導體納米結構，尤其是化合物半導體納米結構，諸如具有 光檢測性能的氧化鋅納米線結陣列等。那么半導體納米結構的合成就是首要的任務，電化 學合成是最簡單、低廉方法。到目前為止，電化學法只能合成有限種類的化合物半導體納米 結構，不利于半導體納米結構的器件化和廣泛應用。迄今為止，還未見有電化學方法合成化 合物硫化鎳半導體納米結構的相關報道。
發明內容
為克服現有技術中存在的不足之處，本發明的目的旨在提供一種硫化鎳納米線陣 列的制備方法。 為實現上述目的，本發明采取的技術方案如下 —種硫化鎳(NiS)納米線陣列的制備方法首先以多孔氧化鋁為模板，在其上電 化學沉積硫化鋅(ZnS)納米線陣列，之后將含有ZnS納米線陣列的多孔氧化鋁模板置于由 硫酸鎳(NiS04)鹽和硼酸(H3B03)加水配制的電沉積溶液中，電沉積溶液中NiS04鹽濃度為 0. 5 0. 6mol/L、 H3B03濃度為0. 45 0. 52mol/L，以含有ZnS納米線陣列的多孔氧化鋁模 板為陰極，以石墨片為陽極，室溫下加以直流_4. 0 -2. 0V的電壓通過電化學置換反應獲 得含有NiS納米線陣列的多孔氧化鋁模板。 進一步，為獲取單一的NiS納米線陣列，在獲得含有NiS納米線陣列的多孔氧化鋁
模板之后，溶去多孔氧化鋁模板即獲得NiS納米線陣列。本發明中，采用本領域技術人員常
規技術溶去多孔氧化鋁模板，比如利用氫氧化鈉溶液溶去多孔氧化鋁模板。 再進一步，所述硫酸鎳鹽為無水硫酸鎳(無水NiS04)、七水合硫酸鎳(NiS04 *7H20)
或其組合。 較好地，陰陽兩極間距優選50 80cm。 本發明電化學置換反應時間長短主要在于保證ZnS納米線陣列被NiS納米線陣列 置換完全，無非時間長了能夠置換完全，時間短了殘留有ZnS納米線陣列，本領域技術人員 通過有限次試驗可以很容易確定"ZnS納米線陣列置換完全"所需時間，本發明中置換反應 時間優選5 8h。 本發明中，以多孔氧化鋁為模板，在其上電化學沉積ZnS納米線陣列屬于現有 技術(相關文獻有1、艾漢華，萬淼，任璐，段金霞，黃新堂.發光學報.多孔氧化鋁模板 制備ZnS納米線陣列及其光致發光譜.第26巻第5期，631 634 ;2、中國專利，申請號 "200610130327. 6"，發明名稱"一種直徑可控的硫化物半導體納米線陣列的制備方法")，但
3本發明中可具體按以下步驟操作 (1)、制備孔徑均勻的多孔氧化鋁模板把高純鋁片(純度99.999%)置于0.3mol/L的草酸溶液中，并通以直流40V陽極 氧化4小時，再將其置于由重量比5%的磷酸和1. 8%的鉻酸配制的混合液中溶去氧化膜， 再在前述同樣的條件下氧化4小時，取出后放在0. lmol/L的磷酸溶液中浸泡25分鐘，用去 離子水清洗、干燥后即獲得孔徑均勻的多孔氧化鋁模板；
(2)、電沉積ZnS納米線陣列 將步驟(1)中制備的多孔氧化鋁模板表面鍍金屬膜(金、銀、或銅)，再將其置于由 ZnCl2 7. 5g/L和S 6. lg/L配制的二甲基亞砜(匿SO)溶液中，以金屬膜為陰極，石墨片為陽 極，加以直流-1. 8V的電壓，12(TC沉積即獲得含有ZnS納米線陣列的多孔氧化鋁模板。
本發明設計了一種新的方法，其原理主要在于先電化學合成目前容易合成的化合 物半導體納米結構，然后在電化學環境下置換需要的元素，構成需要合成的化合物半導體 納米結構。 相對于現有的電化學合成化合物半導體納米結構技術，本發明的有益效果在于 現有的電化學合成法只能合成有限種類的半導體材料，本發明通過電化學置換反應能夠合 成更多種類的化合物半導體，拓展了電化學法在化合物半導體的應用，并且方法簡單，成本 低廉，有助于化合物半導體納米結構的器件化和廣泛應用。
圖1 :實施例1所得ZnS納米結構的掃描電鏡圖片； 圖2 :實施例1所得ZnS納米結構的X-射線能量散射圖譜； 圖3 :實施例1中電化學置換反應后獲得納米結構的掃描電鏡圖片； 圖4 :實施例1中電化學置換反應后獲得納米結構的X-射線能量散射圖譜。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發明作進一步說明，所列實施例均是在以本發明技術方案為 前提下實施的，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下 述的實施例。 本發明中表征儀器型號掃描電鏡JSM-6700F型場發射電子掃描顯微鏡；X-射線 能量散射譜儀Oxford INCA-Energy型X-射線能量散射譜儀。
實施例1 (1)、制備孔徑均勻的多孔氧化鋁模板 把高純鋁片(純度99. 999% )置于0. 3mol/L的草酸溶液中，并通以直流40V陽極 氧化4小時，再將其置于由重量比5%的磷酸和1. 8%的鉻酸配制的混合液中溶去氧化膜， 再在前述同樣的條件下氧化4小時，取出后放在0. lmol/L的磷酸溶液中浸泡25分鐘，用去 離子水清洗、干燥后即獲得孔徑均勻的多孔氧化鋁模板。
(2)、電沉積ZnS納米線陣列 將步驟(1)中制備的多孔氧化鋁模板表面鍍金屬膜(金、銀、或銅)，再將其置于由 ZnCl2 7. 5g/L和S 6. lg/L配制的二甲基亞砜(匿S0)溶液中，以金屬膜為陰極，石墨片為陽極，加以直流-1. 8V的電壓，12(TC沉積lh即獲得含有ZnS納米線陣列的多孔氧化鋁模板。
ZnS納米結構的掃描電鏡照片如圖1所示，為直徑均勻的納米線陣列；ZnS納米結 構的X-射線能量散射譜如圖2所示，顯示合成的結構只有Zn和S元素，為ZnS， C元素來自 于掃描電鏡觀察前樣品鍍的導電C膜。
(3)、電化學置換反應合成NiS納米線陣列 將步驟(2)獲得的含有ZnS納米線陣列的多孔氧化鋁模板置于由NiS04 7H20和 H3B03加水配制的電沉積溶液中，電沉積溶液中NiS04 7H20濃度為0. 534mol/L、 H3B03濃度 為0. 485mol/L，以含有ZnS納米線陣列的多孔氧化鋁模板為陰極，以石墨片為陽極，兩極間 距60cm，室溫下加以直流-3. 0V的電壓通過電化學置換反應5h獲得含有NiS納米線陣列的 多孔氧化鋁模板，進一步，可根據實際需要選擇溶去多孔氧化鋁模板獲得單一的NiS納米 線陣列。 電化學置換反應后獲得納米結構的掃描電鏡照片如圖3所示，仍為直徑均勻的納 米線陣列；電化學置換反應后獲得納米結構的X-射線能量散射譜如圖4所示，分析納米結 構只有Ni和S元素，是NiS，其中Al禾P 0來自于多孔氧化鋁模板。 綜上所述，從掃描電子顯微鏡可以觀察到在電化學置換反應前后，納米結構的形
貌沒有發生變化，均為納米線陣列結構，x-射線能譜散射分析顯示置換反應發生前后，納米
結構的成分由ZnS變化成為NiS，因此本發明通過電化學置換反應實現了新的化合物半導
體納米結構的合成。 實施例2 與實施例1的不同之處在于步驟(3)的電化學置換反應合成NiS納米線陣列電 沉積溶液為無水NiS04 0. 5mol/L、H3B03濃度為0. 45mol/L ;兩極間距50cm，直流電壓-2. 0V， 置換反應時間6h。 本實施例的實驗結果同實施例1。
實施例3 與實施例1的不同之處在于步驟(3)的電化學置換反應合成NiS納米線陣列電 沉積溶液為NiS04 7H20 0. 3mol/L、無水NiS04 0. 3mol/L、 H3B03濃度為0. 52mol/L ;兩極間 距80cm，直流電壓-4. OV，置換反應時間8h。
本實施例的實驗結果同實施例1。
權利要求
一種硫化鎳納米線陣列的制備方法，其特征在于首先以多孔氧化鋁為模板，在其上電化學沉積硫化鋅納米線陣列，之后將含有硫化鋅納米線陣列的多孔氧化鋁模板置于由硫酸鎳鹽和硼酸加水配制的電沉積溶液中，電沉積溶液中硫酸鎳鹽濃度為0.5～0.6mol/L、硼酸濃度為0.45～0.52mol/L，以含有硫化鋅納米線陣列的多孔氧化鋁模板為陰極，以石墨片為陽極，室溫下加以直流-4.0～-2.0V的電壓通過電化學置換反應獲得含有硫化鎳納米線陣列的多孔氧化鋁模板。
2. 如權利要求1所述的硫化鎳納米線陣列的制備方法，其特征在于獲得含有硫化鎳 納米線陣列的多孔氧化鋁模板之后，溶去多孔氧化鋁模板獲得硫化鎳納米線陣列。
3. 如權利要求1或2所述的硫化鎳納米線陣列的制備方法，其特征在于所述硫酸鎳 鹽為無水硫酸鎳、七水合硫酸鎳或其組合。
4. 如權利要求1或2所述的硫化鎳納米線陣列的制備方法，其特征在于陰陽兩極間 距為50 80cm。
5. 如權利要求1或2所述的硫化鎳納米線陣列的制備方法，其特征在于電化學置換 反應時間為5 8h。
全文摘要
本發明公開了一種硫化鎳納米線陣列的制備方法。首先以多孔氧化鋁為模板，在其上電化學沉積硫化鋅納米線陣列，之后將含有硫化鋅納米線陣列的多孔氧化鋁模板置于由硫酸鎳鹽和硼酸加水配制的電沉積溶液中，電沉積溶液中硫酸鎳鹽濃度為0.5～0.6mol/L、硼酸濃度為0.45～0.52mol/L，以含有硫化鋅納米線陣列的多孔氧化鋁模板為陰極，以石墨片為陽極，室溫下加以直流-4.0～-2.0V的電壓通過電化學置換反應獲得含有硫化鎳納米線陣列的多孔氧化鋁模板。本發明通過電化學置換反應能夠合成更多種類的化合物半導體，拓展了電化學法在化合物半導體的應用，并且方法簡單，成本低廉，有助于化合物半導體納米結構的器件化和廣泛應用。
文檔編號C25D7/12GK101736377SQ20091022736
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月8日 優先權日2009年12月8日
發明者徐玉睿, 李新建, 王文闖, 田永濤, 程亮, 賈天世, 趙曉峰 申請人:鄭州大學