技术领域
[0001] 本
发明属于纳米功能材料领域，具体涉及一种纳米颗粒与纳米棒杂化结构的一步合成方法。
背景技术
[0002]
纳米材料由于具有一系列体材料所无法比拟的优点已成为目前材料科学领域研究的热点和重点。
[0003] 纳米功能材料在
太阳能电池中的应用集中于染料敏化电池和
薄膜电池。染料敏化电池的研究历史可以追溯到19世纪初。光
阳极的制备是染料敏化电池中重要的一个环节，
比表面积大的光阳极有利于染料的
吸附，而
电子传输性能高的材料有利于电子的收集和传输，从而对电池的
短路电流和电池效率影响较大。纳米结构
氧化锌由于优异的电子传输性能，现已被广泛应用于染料敏化
太阳能电池中，而提高纳米结构的比表面积是研究重点之一。欲提高光阳极的比表面积，除增加
纳米线的比表面积外，寻找纳米线的复合结构也是有效途径之一。复合结构能有效增加材料的比表面积，将在太阳能电池领域有较高的应用。
[0004] 对于
硅太阳能电池和
薄膜太阳能电池而言，表面的减反射是目前的研究重点。对于常规的硅太阳电池，有约三分之一的光由于被反射而浪费，表面植绒和制备减反射层成为降低光反射的主要方法，但是减反射效果仍旧只是差强人意，所以采取有效的方法来最大限度地减少光反射有着重要的意义，是目前光伏电池领域的研究重点之一。先前的研究表明，纳米线有较好的减反射效果，而在线中加入纳米球后，减反射效果势必进一步提升。
[0005] 综上所述，氧化锌纳米线复合结构的制备具有重要的意义。常规复合结构的制备方法往往需要多步繁琐的操作，而多步操作常引起材料性能的降低，同时也会增加制备成本，所以寻找操作简单、成本低廉的合成方法十分必要。
发明内容
[0006] 本发明的目的是提供一种纳米颗粒与纳米棒杂化结构的一步合成方法，该制备方法简单，所用前驱体材料成本低廉、无毒性，材料尺寸和元素比例可控。
[0007] 本发明的方法是将反应物前驱体及
表面活性剂等溶解后，进行中低温
水热反应得到纳米颗粒及纳米颗粒与纳米棒杂化结构。
[0008] 本发明中，纳米颗粒与纳米棒杂化结构的制备方法包括如下步骤：
[0009] 先将反应物前驱体相当于0.25-12.5mM浓度的聚乙烯亚胺液体，相当于4.5-49.5mM浓度的
硝酸锌固体，相当于0.05-5mM浓度的硝酸铒固体和相当于4-60mM浓度的环六亚甲基四胺固体依次溶解在去离子水中，然后加热溶液使之在60-150℃下水热反应
1-12小时，待溶液冷却至室温后，收集沉淀，即得到纳米颗粒与纳米棒杂化结构；
[0010] 制备过程中各原料的配比为：
[0011] 硝酸锌与硝酸铒的摩尔比例在99:1-90:10之间；
[0012] 聚乙烯亚胺与硝酸锌和硝酸铒总量的摩尔比在0.05:1-0.25:1之间；
[0013] 环六亚甲基四胺与硝酸锌和硝酸铒总量的摩尔比在0.8:1-1.2:1之间。
[0014] 其他反应条件不变的情况下，在所述的水热反应步骤前加入长有氧化锌
种子层的
半导体或金属衬底，然后在同样条件下进行水热反应，结束后可在衬底上得到纳米颗粒与纳米棒杂化结构。
[0015] 所述的硝酸铒可以用硝酸镱或硝酸铥代替。
[0016] 本发明的优点在于：该纳米复合结构的制备方法简单，所用前驱体材料成本低廉、无毒性，材料尺寸和元素比例可控；同时复合结构能直接生长在衬底上，为在器件上的应用提供了便利。
附图说明
[0017] 图1为本发明的纳米颗粒与纳米棒杂化结构的扫描电子
显微镜截面图。
具体实施方式
[0019] 先将反应物前驱体0.25mM聚乙烯亚胺、4.5mM硝酸锌、0.5mM硝酸铒、5mM环六亚甲基四胺依次溶解在去离子水中，然后加热溶液使之在95℃下水热反应6小时，待溶液冷却至室温后，收集沉淀，即得到纳米颗粒与纳米棒杂化结构。此时各前驱体之间的配比为：
[0020] 硝酸锌与硝酸铒的摩尔比：90:10；
[0021] 聚乙烯亚胺与硝酸锌和硝酸铒总量的摩尔比：0.05：1；
[0022] 环六亚甲基四胺与硝酸锌和硝酸铒总量的摩尔比：1：1。
[0023] 实施例2：
[0024] 先将反应物前驱体7.5mM聚乙烯亚胺、49.5mM硝酸锌、0.5mM硝酸铒、50mM环六亚甲基四胺依次溶解在去离子水中，然后加热溶液使之在150℃下水热反应1小时，待溶液冷却至室温后，收集沉淀，即得到纳米颗粒与纳米棒杂化结构。此时各前驱体之间的配比为：
[0025] 硝酸锌与硝酸铒的摩尔比：99:1；
[0026] 聚乙烯亚胺与硝酸锌和硝酸铒总量的摩尔比：0.15：1；
[0027] 环六亚甲基四胺与硝酸锌和硝酸铒总量的摩尔比：1：1。
[0028] 实施例3：
[0029] 先将反应物前驱体4mM聚乙烯亚胺、19.6mM硝酸锌、0.4mM硝酸铒、20mM环六亚甲基四胺依次溶解在去离子水中，接着将长有氧化锌
种子层的硅衬底浸入溶液中，然后加热溶液使之在60℃下水热反应12小时，待溶液冷却至室温后，取出衬底，即可在衬底上得到纳米颗粒与纳米棒杂化结构；收集沉淀，即得到纳米颗粒与纳米棒杂化结构。此时各前驱体之间的配比为：
[0030] 硝酸锌与硝酸铒的摩尔比：98：2；
[0031] 聚乙烯亚胺与硝酸锌和硝酸铒总量的摩尔比：0.2：1；
[0032] 环六亚甲基四胺与硝酸锌和硝酸铒总量的摩尔比：1：1。
[0033] 实施例4：
[0034] 先将反应物前驱体12.5mM聚乙烯亚胺、45mM硝酸锌、5mM硝酸铒、60mM环六亚甲基四胺依次溶解在去离子水中，然后加热溶液使之在85℃下水热反应3小时，待溶液冷却至室温后，收集沉淀，即得到纳米颗粒与纳米棒杂化结构。此时各前驱体之间的配比为：
[0035] 硝酸锌与硝酸铒的摩尔比：90:10；
[0036] 聚乙烯亚胺与硝酸锌和硝酸铒总量的摩尔比：0.25：1；
[0037] 环六亚甲基四胺与硝酸锌和硝酸铒总量的摩尔比：1.2：1。
[0038] 实施例5：
[0039] 先将反应物前驱体4mM聚乙烯亚胺、38mM硝酸锌、2mM硝酸铥、40mM环六亚甲基四胺依次溶解在去离子水中，接着将长有氧化锌种子层的金属
钛衬底浸入溶液中，然后加热溶液使之在110℃下水热反应8小时，待溶液冷却至室温后，取出衬底，即可在衬底上得到纳米颗粒与纳米棒杂化结构；收集沉淀，即得到纳米颗粒与纳米棒杂化结构。此时各前驱体之间的配比为：
[0040] 硝酸锌与硝酸铥的摩尔比：95：5；
[0041] 聚乙烯亚胺与硝酸锌和硝酸铥总量的摩尔比：0.1：1；
[0042] 环六亚甲基四胺与硝酸锌和硝酸铥总量的摩尔比：1：1。
[0043] 实施例6：
[0044] 先将反应物前驱体1mM聚乙烯亚胺、4.95mM硝酸锌、0.05mM硝酸镱、4mM环六亚甲基四胺依次溶解在去离子水中，然后加热溶液使之在120℃下水热反应4小时，待溶液冷却至室温后，收集沉淀，即得到纳米颗粒与纳米棒杂化结构。此时各前驱体之间的配比为：
[0045] 硝酸锌与硝酸镱的摩尔比：99：1；
[0046] 聚乙烯亚胺与硝酸锌和硝酸镱总量的摩尔比：0.2：1；
[0047] 环六亚甲基四胺与硝酸锌和硝酸镱总量的摩尔比：0.8：1。
