CN110615465B - 一种无定形锗基纳米线的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种无定形锗基纳米线的制备方法，以CaGe2作为锗源分散于去离子水中，或加入有机溶剂乙腈或DMF作为混合溶剂，在室温下快速搅拌反应。然后离心，取上层液体分别用甲醇(或异丙醇)、去离子水洗涤三次后，80℃下在真空干燥箱中干燥，得到水化的Ca5Ge2O9纳米线，再经退火即可得到无定形的Ca5Ge2O9纳米线。本发明不同于传统的化学气相沉积，模板法、分子束外延、电子束蒸发，其合成温度低，工艺简单，成本低廉。
Description
技术领域
本发明属于纳米线的制备领域，更加具体地说，涉及一种无定形锗基纳米线的简单制备方法。
背景技术
一维(1D)纳米结构的三元锗酸盐由于具有良好的光电、光化学性能，以及催化和储能等特性，而受到广泛关注。如Ca2GeO4、Ca2Ge7O16、Cd2Ge2O6、Mn2Ge2O7等结晶性纳米线的制备和应用已有大量报道。Ca5Ge2O9纳米线作为一种无定形纳米线材料，其相关制备方法和应用较少。2008年，Tsong-Pyng Perng等人先通过气相沉积法制备了锗纳米颗粒，然后将其投入到Ca(OH)2溶液中反应，得到了水化的Ca5Ge2O9纳米线，再经400℃脱水处理，得到无定形的Ca5Ge2O9纳米线。光致发光测试结果表明，无定形Ca5Ge2O9纳米线，具有很好的光致发光性能，在波长300～550nm范围内具有强烈的蓝紫外光发射现象(Synthesis andPhotoluminescence of Amorphous Ca5Ge2O9Nanowires，Journal of Nanoscience andNanotechnology Vol.8,6376–6380,2008)。但上述制备方法工艺复杂，需要相应设备予以配合。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种无定形锗基纳米线的制备方法。
本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：
一种无定形锗基纳米线的制备方法，按照下述步骤进行制备：以CaGe2作为锗源分散于水或者水和有机溶剂的混合溶剂中，在室温常压且持续搅拌条件下进行反应，离心后取上层液体经洗涤干燥后，得到水化的Ca5Ge2O9纳米线。
而且，将水化的Ca5Ge2O9纳米线在惰性保护气氛中进行退火处理，即可得到无定形的Ca5Ge2O9纳米线。
而且，水为去离子水，有机溶剂为乙腈、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)或者N,N-二甲基乙酰胺。
而且，水和有机溶剂的体积比为1：(1—20)，优选1：(10—20)。
而且，CaGe2与水的摩尔比为1：(50—1000)，优选1：(100—800)。
而且，离心处理的速度为3000-5000r/min，取上层液体分别用甲醇(或异丙醇)、去离子水洗涤三次后，60-80℃下在真空干燥箱中干燥12-24h，得到水化的Ca5Ge2O9纳米线。
而且，室温为20—25摄氏度，常压为一个大气压，搅拌速度为800-2000r/min，优选1000—1500转/min；反应时间为20—100h，优选30—80小时。
而且，惰性保护气氛为氮气、氦气或者氩气。
而且，退火处理工艺参数：自室温20—25摄氏度，以5-10℃/min的升温速度升温至400±10摄氏度保温1—5小时，再自然冷却至室温20—25摄氏度，得到无定形的Ca5Ge2O9纳米线。
而且，退火处理工艺参数：自室温20—25摄氏度，以8-10℃/min的升温速度升温至400±10摄氏度保温2—4小时，再自然冷却至室温20—25摄氏度，得到无定形的Ca5Ge2O9纳米线。
本发明的技术方案以CaGe2为前驱体，直接分散在去离子水或者混合溶剂中，室温下快速搅拌反应即可得到Ca5Ge2O9纳米线。不同于传统的化学气相沉积，模板法、分子束外延、电子束蒸发等方法，其工艺简单，不需要特殊设备予以配合且可大量制备。
附图说明
图1是本发明技术方案制备的脱水后纳米线的扫描电镜照片。
图2是本发明技术方案制备的纳米线退火前后的XRD谱线图。
图3是本发明技术方案制备的无定形Ca5Ge2O9纳米线的荧光发射光谱。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的说明。下面给出本发明的实施例，是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围，实施例中―一天”为24小时。
实施例1
称取0.29g CaGe2粉末，分散于1.4ml去离子水和28mlDMF的混合溶液中，室温下以2000r/min搅拌反应1天。然后以3000r/min转速离心，取上层液体抽滤，分别用甲醇、去离子水洗涤三次后，80℃下在真空干燥箱中干燥12h，得到水化的Ca5Ge2O9纳米线。再在管式炉中氩气保护下以5℃/min升温至400℃保温2h，然后自然冷却至室温，得到无定形的Ca5Ge2O9纳米线。
实施例2
称取0.29g CaGe2粉末，分散于14ml去离子水和140ml乙腈的混合溶液中，室温下以1500r/min搅拌反应2天。然后以4000r/min转速离心，取上层液体抽滤，分别用甲醇、去离子水洗涤三次后，70℃下在真空干燥箱中干燥18h，得到水化的Ca5Ge2O9纳米线。再在管式炉中氩气保护下以8℃/min升温至400℃保温3h，然后自然冷却至室温，得到无定形的Ca5Ge2O9纳米线。
实施例3
称取0.29g CaGe2粉末，分散于28ml去离子水中，室温下以900r/min搅拌反应4天。然后以5000r/min转速离心，取上层液体抽滤，分别用异丙醇、去离子水洗涤三次后，60℃下在真空干燥箱中干燥24h，得到水化的Ca5Ge2O9纳米线。再在管式炉中氩气保护下以10℃/min升温至400℃保温4h，然后自然冷却至室温，得到无定形的Ca5Ge2O9纳米线。
采用Hitachi S-4800场发射扫描电镜对产物形貌进行观察，如图1所示，退火后的产物为直径在20-110nm之间，长度1-20um之间的纳米线。采用BRUKER AXS GMBH公司的D8Advanced X射线衍射仪进行测试，结果如图2所示，所得水化的Ca5Ge2O9纳米线的四个主峰和Ca5Ge2O9nH2O的标准卡片完全对应，而退火处理后，结晶峰消失，说明脱水后的产物为无定形Ca5Ge2O9，与文献报道的一致(Synthesis and Photoluminescence of AmorphousCa5Ge2O9Nanowires，Journal of Nanoscience and Nanotechnology Vol.8,6376–6380,2008)。将无定形Ca5Ge2O9纳米线超声分散在异丙醇中，采用Hitachi F-4600荧光分光光度计对Ca5Ge2O9纳米线的溶液进行荧光测试，结构表明Ca5Ge2O9纳米线的溶液在380-550nm波长范围内有较好的荧光发射性能，即采用本发明技术方案制备的Ca5Ge2O9纳米线与文献报道性质基本一致。
根据本发明内容工艺参数进行调整，均可实现无定形锗基纳米线的制备，且表现出与实施例基本一致的性能。以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种无定形锗基纳米线的制备方法，其特征在于，按照下述步骤进行制备：以CaGe2作为锗源分散于水或者水和有机溶剂的混合溶剂中，在室温常压且持续搅拌条件下进行反应，离心后取上层液体经洗涤干燥后，得到水化的Ca5Ge2O9纳米线，将水化的Ca5Ge2O9纳米线在惰性保护气氛中进行退火处理，即可得到无定形的Ca5Ge2O9纳米线；水为去离子水，有机溶剂为乙腈、N,N-二甲基甲酰胺或者N,N-二甲基乙酰胺；水和有机溶剂的体积比为1：(1—20)，CaGe2与水的摩尔比为1：(50—1000)。
2.根据权利要求1所述的一种无定形锗基纳米线的制备方法，其特征在于，水和有机溶剂的体积比为1：(10—20)。
3.根据权利要求1所述的一种无定形锗基纳米线的制备方法，其特征在于，CaGe2与水的摩尔比为1：(100—800)。
4.根据权利要求1所述的一种无定形锗基纳米线的制备方法，其特征在于，室温为20—25摄氏度，常压为一个大气压，搅拌速度为800-2000r/min，反应时间为20—100h。
5.根据权利要求1所述的一种无定形锗基纳米线的制备方法，其特征在于，室温为20—25摄氏度，常压为一个大气压，搅拌速度为1000—1500转/min；反应时间为30—80小时。
6.根据权利要求1所述的一种无定形锗基纳米线的制备方法，其特征在于，退火处理工艺参数：自室温20—25摄氏度，以5-10℃/min的升温速度升温至400±10摄氏度保温1—5小时，再自然冷却至室温20—25摄氏度，得到无定形的Ca5Ge2O9纳米线。
7.根据权利要求1所述的一种无定形锗基纳米线的制备方法，其特征在于，退火处理工艺参数：自室温20—25摄氏度，以8-10℃/min的升温速度升温至400±10摄氏度保温2—4小时，再自然冷却至室温20—25摄氏度，得到无定形的Ca5Ge2O9纳米线。
8.根据权利要求1所述的一种无定形锗基纳米线的制备方法，其特征在于，惰性保护气氛为氮气、氦气或者氩气。
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