CN106400058B - 一种水溶性锗纳米粒子的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水溶性锗纳米粒子的制备方法,所述方法是通过电解法,以锗片作为电极,用无水乙醇和盐酸混合溶液作为电解溶液,合成水溶性锗纳米粒子,电解条件为电压10‑14V,电流0.02‑0.04A,电解5.5‑6.5h。本发明首次通过电解法一步合成水溶性锗纳米粒子,并对制备条件进行了优化,同时采用UV‑Vis,IR,SEM等对其进行表征,结果表明所制备的锗纳米粒子粒径为200‑300nm,并且具有较强的还原性。
Description
技术领域
本发明涉及纳米微粒的制备技术领域,具体涉及一种水溶性锗纳米粒子的制备方法。
背景技术
锗纳米粒子(Ge NPs)因其尺寸效应光学特性及在光电子学、生物镜像、医疗和太阳能电池等领域的潜在运用而受到广泛关注。到目前为止,合成Ge NPs的方法有:用有机碱和碱金属反应物还原GeCl4、锗Zintl盐的复分解(KGe/NaGe/Mg2Ge)、在高温溶剂中热解有机锗化合物前驱体,热还原有机锗前驱体、氢化还原锗盐、一步加热合成法等。以上方法存在一定的局限性,合成出来的往往为非水溶性锗纳米粒子;或者反应条件苛刻,必须在无氧无水条件下进行。因此,寻求一种简便的制备锗纳米粒子的方法迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足,提供一种水溶性锗纳米粒子的制备方法,该方法操作简便、反应条件温和,同时所制备的锗纳米粒子能够很好的分散在水溶液中。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种水溶性锗纳米粒子的制备方法,所述方法是通过电解法,以锗片作为电极,用体积比为49:1-1.5的无水乙醇和盐酸混合溶液作为电解溶液,合成水溶性锗纳米粒子,电解条件为电压10-14V,电流0.02-0.04A,电解5.5-6.5h。
优选的,所述电解条件为电压12V,电流0.02A,电解6h。
进一步,所述无水乙醇和盐酸的体积比为49:1。
所述电解溶液的pH值为1.0
本发明采用以上技术方案,通过电解法,以锗片作为电极,用无水乙醇和盐酸混合溶液作为电解溶液,并采用了UV、IR、SEM等对其进行表征,合成出来的锗纳米粒子水溶性良好,并且粒径相对均匀。本发明方法具有反应条件温和,设备简单,操作简便等优点,同时所制备的锗纳米粒子能够很好的分散在水溶液中,具有较强的还原性。
附图说明
图1为本发明的电解装置示意图;
图2为锗纳米粒子稳定性实验结果;
图3为锗纳米粒子红外光谱谱图;
图4为锗纳米粒子SEM谱图;
图5为锗纳米粒子EDS谱图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地说明:
本发明涉及到的试剂及仪器如下:
无水乙醇、盐酸(分析纯)、锗片、超纯水
烧杯、QJ3003SⅡ稳压电源、移液枪、日本岛津 UV-2550紫外可见分光光度计,TENSOR-37型傅里叶转换红外(FTIR,Bruker Optics Instruments Co.,Ltd.),扫描电子显微镜等。
一种水溶性锗纳米粒子的制备方法,利用稳压电源,在电压为10-14V,电流为0.02-0.04A条件下,以锗片为电极,用体积比为49:1-1.5的无水乙醇和盐酸混合溶液作为电解溶液,组合成电解装置,然后通电电解5.5-.6.5小时,合成水溶性锗纳米粒子。
电解过程的现象:阳极锗片溶解,电解产物沉积在烧杯底部,加水溶解形成褐色浑浊溶液,即锗纳米粒子水溶液。
本发明制备条件的优化过程如下:
实施例1 电解液的选择
当采用水作为电解液时,没有锗纳米粒子生成,主要发生的是电解水的反应,阳极与阴极均有气体产生。
当采用醇作为电解液时,在不加入酸的条件下,反应速率十分缓慢,阴极有少量气泡产生。
当加入盐酸后,电解速率明显加快,可以观察到阳极锗片溶解,电解产物沉积在烧杯底部,加水溶解形成褐色浑浊溶液,即锗纳米粒子水溶液。
分别探讨了硝酸、硫酸、盐酸等对实验的影响。当用硝酸、硫酸作为电解液时,电解生成的锗纳米粒子迅速氧化,转化成Ge(IV)离子,而当选择盐酸时,可以直接观察到锗片慢慢被氧化刻蚀,同时生成的棕褐色锗纳米粒子沉入烧杯底部,易于纯化、分离。因此,后续研究选用盐酸-乙醇溶液作为电解液。
实施例2 电压的选择
电压是本发明的关键所在之一,直接影响整个反应过程。本发明分别探讨了6.0V、8.0V、10.0V、12.0V、14.0V等电压条件下对体系的影响。研究发现,当电压小于8.0V时,未发现有锗纳米粒子生成,当电压大于8.0V时,有棕黑色产品生成,而随着电压的增加,电解速率逐渐增加,当大于12V时,由于电解过快,容易导致部分锗片来不及电解直接碎裂沉入底部,给分离纯化带来干扰,因此最佳的电解电压为12V。
实施例3 电流的选择
电流也是能否电解出锗纳米粒子的关键条件之一。本发明分别探讨了0.01A,0.02A,0.03A,0.04A,0.05A,0.06A等电流条件下对体系的影响。研究发现,当电流为0.02A时可电解出来锗纳米粒子,之后电流越大电解速率也越快,后直接整块掉下来。因此,选最佳的电解电流为0.02A。
实施例4 pH值的选择
本发明同样对pH值进行了探讨,分别在pH值为1,2,3,4,5,6,7,8等条件下研究锗纳米粒子的生成情况,发现在pH值≤1方能电解形成水溶性锗纳米粒子。
实施例5
一种水溶性锗纳米粒子的制备方法,所述方法是通过电解法,以锗片作为电极,以49ml无水乙醇+1ml分析纯盐酸溶液为电解液,在电压12V,电流0.02A的电解条件下,通电电解6h,得到水溶性锗纳米粒子。
实施例6
锗纳米粒子稳定性研究
本发明分别探讨了锗纳米粒子在不同时间的稳定性情况。
在实施例5的反应条件下,电解6h后,移去上层电解溶液,然后往电解产物水溶性锗纳米粒子中加入10ml超纯水,使电解产物溶解,然后移至密闭小瓶子。
.取0.5ml溶解完的溶液,稀释到1ml,测其UV,探讨在不同放置时间内UV吸光度的变化,放置时间为0,0.5h,1h,1.5h,2h,3h,4h,5h,分别测其吸光度。
锗纳米粒子随着时间的推移,颜色逐渐变浅,直至变成无色液体。如图2所示,UV-Vis光谱可以明显观察到锗纳米粒子在282nm处有吸收,随着时间推移,吸收峰逐渐降低,可能是由于锗纳米粒子具有较强的还原性,导致被氧气刻蚀所致。
实施例7
锗纳米粒子红外光谱表征
通过红外光谱法确定实施例5合成的锗纳米粒子的表面基团情况,如图3所示,在850 and 1011cm–1处红外光谱峰归属于Ge-O-Ge 和Ge-O伸缩振动[17],而在2900至3000cm-1处红外光谱峰归属于C-H伸缩振动。
实施例8
锗纳米粒子SEM表征
通过扫描电镜对实施例5合成的锗纳米粒子进行表征,结果如图4所示,所合成的锗纳米粒子粒径在200-350nm之间,并且分散比较均匀。同时通过EDS能谱进行元素分析,如图5所示,该产品含有Si、O、C、Ge等元素,其中Si、O可能来自硅片基底,而C可能是锗纳米粒子表面吸附的乙醇。
实施例9
一种水溶性锗纳米粒子的制备方法,所述方法是通过电解法,以锗片作为电极,用体积比为49:1的无水乙醇和盐酸混合溶液作为电解溶液,在电压10V,电流0.03A的电解条件下,通电电解6.5h,得到水溶性锗纳米粒子。
实施例10
一种水溶性锗纳米粒子的制备方法,所述方法是通过电解法,以锗片作为电极,用体积比为49:1的无水乙醇和盐酸混合溶液作为电解溶液,在电压14V,电流0.04A的电解条件下,通电电解5.5h,得到水溶性锗纳米粒子。
Claims (4)
1.一种水溶性锗纳米粒子的制备方法,其特征在于:通过电解法,以锗片作为电极,用体积比为49:1-1.5的无水乙醇和盐酸混合溶液作为电解溶液合成水溶性锗纳米粒子,所述电解溶液的pH值≤1.0,电解条件为电压10-14V,电流0.02-0.04A,电解时间5.5-6.5h。
2.根据权利要求1所述的一种水溶性锗纳米粒子的制备方法,其特征在于:所述电解条件为电压12V,电流0.02A,电解6h。
3.根据权利要求1所述的一种水溶性锗纳米粒子的制备方法,其特征在于:所述无水乙醇和盐酸的体积比为49:1。
4.根据权利要求1所述的一种水溶性锗纳米粒子的制备方法,其特征在于:所述电解溶液的pH值1.0 。
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