一種液相合成鍺納米線的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種液相合成鍺納米線的方法，包括：GeI4作為鍺源溶解于油胺中，加入金納米粒子作為催化劑，在無水無氧、320-350℃的條件下反應(yīng)，用乙醇或正己烷離心、洗滌三次后，在真空干燥箱中室溫下干燥，得到鍺納米線。本發(fā)明不同于傳統(tǒng)的固相法——化學(xué)氣相沉積，其合成溫度低，工藝簡單，成本低廉。
【專利說明】一種液相合成鍺納米線的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米線的制備領(lǐng)域，特別涉及一種液相合成鍺納米線的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鍺(Ge)納米線在光學(xué)、電學(xué)和半導(dǎo)體領(lǐng)域中有許多重要的應(yīng)用，如用光敏電阻、光探測器、高性能場效應(yīng)晶體管、鋰離子和太陽能電池等。為了盡可能地滿足這些應(yīng)用，發(fā)展一種簡易有效同時能滿足產(chǎn)量需求的Ge納米線的合成方法迫在眉睫。目前，用得較多的Ge納米線合成的方法為化學(xué)氣相合成法(CVD)(Musinj IR，Nano Letters2012, 12，3363 ; Li，X，Acs Nano2012，6，831; Yang, HJj Journalof Materials Chemistry2012,22，2215;Wang, DWjAngewandte Chemie-1nternationalEdition2002，41，4783.)。采用CVD制得的Ge納米線雖然結(jié)晶度較高、純度較高，但整個合成過程需要在高溫(如在600°C)下進(jìn)行，其能耗非常大，同時也給產(chǎn)品帶來較高的成本。
[0003]隨后，科學(xué)家們將CVD法發(fā)展成一種超臨界流體-液體-固體(SFLS)法并成功制得Ge納米線，這種方法與CVD方法都是基于氣相-液相-固相(VLS)機(jī)理，本質(zhì)上是一樣的，但是SFLS需要在以臨界流體為媒介的環(huán)境中進(jìn)行，一般溶劑要達(dá)到其臨界點也需要很高的溫度，如650°C。
[0004]在最近兩年，油胺被 越來越多的研究學(xué)者采用以合成Ge納米粒子，由于它是一種高沸點有機(jī)溶劑，同時又具有弱的還原性，而且其長烷基鏈可以充當(dāng)配體誘導(dǎo)材料定向生長，因而倍受科學(xué)家們的青睞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種液相合成鍺納米線的方法，該發(fā)明方法不同于傳統(tǒng)的固相法-化學(xué)氣相沉積，其合成溫度低，工藝簡單，成本低廉。
[0006]本發(fā)明的一種液相合成鍺納米線的方法，包括:
[0007](I)在氯金酸HAuCl4.3H20中加入溶劑溶解，得到氯金酸溶液，在120_130°C條件下，反應(yīng)5-10min,提純,離心洗漆,分散，得到Au種溶液；
[0008](2)在四碘化鍺GeI4中加入溶劑，超聲得到溶液，然后進(jìn)行除水，除完水后加入Au種溶液，靜置，然后升溫至320-350°C，反應(yīng)30-60min，冷卻，離心洗滌，真空干燥，得到鍺納米線；其中四碘化鍺溶液和Au種溶液的比例關(guān)系是20:1。
[0009]所述步驟(1)中溶劑為油胺和十八烯，體積比為1:1。
[0010]所述步驟(1)中氯金酸溶液的濃度為5mg/ml-10mg/ml。
[0011]所述步驟(1)中離心速率為10000-12000rmp，時間為3_5min ;洗滌為正已烷洗滌3-5 次。
[0012]所述步驟(1 )中的分散為分散在正已烷中。
[0013]所述步驟(2)中溶劑為油胺；四碘化鍺的濃度為3-5mg/ml。
[0014]所述步驟(2)中超聲時間為30_45min。[0015]所述步驟(2)中除水為升溫至120°C，除水30-40min。
[0016]所述步驟(2)中靜置時間為10_20min。靜置的目的是使得Au種溶液的溶劑正已
烷完全蒸發(fā)。
[0017]所述步驟(2)中反應(yīng)溫度為320°C。
[0018]所述步驟(2)中離心洗滌為用乙醇或正已烷離心洗滌3-5次，離心速率為12000rmp,時間為 5-lOmin。
[0019]所述步驟(2)中真空干燥時間為10_12h。
[0020]所述步驟(2)中所得的鍺納米線的長度為8 μ m，直徑為50nm。
[0021]為了降低合成溫度，減少能耗，本發(fā)明采用GeI4試劑為鍺源，在油胺中，320°C的條件下制取鍺納米線。
[0022]本發(fā)明GeI4作為鍺源溶解于油胺中，加入金納米粒子作為催化劑，在無水無氧、320°C的條件下反應(yīng)，用乙醇或正己烷離心、洗滌三次后，在真空干燥箱中室溫下干燥12小時，得到棕色的鍺納米線。
[0023]本發(fā)明中由于油胺有較弱的還原性，在一定溫度下能把Ge4+還原成Ge°，并在金納米粒子的催化作用下生長成納米線。
[0024]有益.效果
[0025](I)本發(fā)明以常見的前驅(qū)體為原料，用簡單的實驗裝置即可制備鍺納米線；
[0026](2)本發(fā)明方法不同于傳統(tǒng)的固相法——化學(xué)氣相沉積，所需原材料易得、合成溫度低，工藝簡單，成本低廉。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是Ge納米線的掃描電子顯微鏡照片；
[0028]圖2是Ge納米線的XRD圖；
[0029]圖3是Ge納米棒的掃描電子顯微鏡照片； [0030]圖4是Ge納米粒子的掃描電子顯微鏡照片。
【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0032]實施例1
[0033](I)稱取40mg, HAuCl4.3H20于50mL燒杯中并加入4mL油胺和4mL十八烯,稍微超聲一下使得HAuCl4.3H20全部溶解，并得到金黃色溶液。隨后，將溶液轉(zhuǎn)移至IOOmL的單口圓底燒瓶中，加入攪拌子，移入已預(yù)熱好的120°C油浴鍋中，反應(yīng)5min。移出熱源，得到紫紅色溶液，并立即加入大量乙醇使之迅速冷卻并攪拌。而后將溶液離心，得到沉淀并用正已烷洗滌，離心，反復(fù)三次，最后分散在IOmL的正已烷溶液里。離心速度為lOOOOrmp，時間5min。
[0034](2)稱取0.06g，GeI4至IOOmL三口燒瓶中。隨后加入20mL油胺并超聲30-45分鐘至GeI4完全溶入油胺中得到清亮無色溶液，搭好裝置，升溫至120°C進(jìn)行除水約40min，除完水后加入ImL的Au種溶液，等待約IOmin正已烷完全蒸發(fā)后，升溫至320°C，反應(yīng)50min。反應(yīng)結(jié)束后移出熱源使之自然冷卻，而后加入正已烷，離心洗滌反復(fù)三次，離心12000rmp，時間lOmin，真空干燥10-12h，得到產(chǎn)品如圖1所示，納米線長度為8 μ m，直徑為50nm ;產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖2所示，納米線為金剛石立方相。
[0035]實施例2
[0036](I)稱取40mg, HAuCl4.3H20于50mL燒杯中并加入4mL油胺和4mL十八烯,稍微超聲一下使得HAuCl4.3Η20全部溶解，并得到金黃色溶液。隨后，將溶液轉(zhuǎn)移至IOOmL的單口圓底燒瓶中，加入攪拌子，移入已預(yù)熱好的120°C油浴鍋中，反應(yīng)lOmin。移出熱源，得到紫紅色溶液，并立即加入大量乙醇使之迅速冷卻并攪拌。而后將溶液離心，得到沉淀并用正已烷洗滌，離心，反復(fù)三次，最后分散在IOmL的正已烷溶液里。離心速度為lOOOOrmp，時間5min。
[0037](2)稱取0.06g，GeI4至IOOmL三口燒瓶中。隨后加入15mL油胺并超聲30-45分鐘至GeI4完全溶入油胺中得到清亮無色溶液，搭好裝置，升溫至120°C進(jìn)行除水約30min，除完水后加入ImL的Au種溶液，等待約IOmin正已烷完全蒸發(fā)后，升溫至320°C，反應(yīng)30min。反應(yīng)結(jié)束后移出熱源使之自然冷卻，而后加入正已烷，離心洗滌反復(fù)三次，離心12000rmp，時間lOmin，真空干燥10-12h，得到產(chǎn)品如圖3所示，納米棒長度為I μ m，直徑為lOOnm。
[0038]實施例3
[0039](I)稱取40mg, HAuCl4.3H20于50mL燒杯中并加入4mL油胺和4mL十八烯,稍微超聲一下使得HAuCl4.3H20全部溶解，并得到金黃色溶液。隨后，將溶液轉(zhuǎn)移至IOOmL的單口圓底燒瓶中，加入攪拌子 ，移入已預(yù)熱好的120°C油浴鍋中，反應(yīng)5min。移出熱源，得到紫紅色溶液，并立即加入大量乙醇使之迅速冷卻并攪拌。而后將溶液離心，得到沉淀并用正已烷洗滌，離心，反復(fù)三次，最后分散在IOmL的正已烷溶液里。離心速度為lOOOOrmp，時間5min。
[0040](2)稱取0.06g，GeI4至IOOmL三口燒瓶中。隨后加入IOmL油胺并超聲30-45分鐘至GeI4完全溶入油胺中得到清亮無色溶液，搭好裝置，升溫至120°C進(jìn)行除水約30min，除完水后加入ImL的Au種溶液，等待約IOmin正已烷完全蒸發(fā)后，升溫至320°C，反應(yīng)30min。反應(yīng)結(jié)束后移出熱源使之自然冷卻，而后加入正已烷，離心洗滌反復(fù)三次，離心12000rmp，時間IOmin,真空干燥10_12h,得到產(chǎn)品如圖4所示,納米粒子尺寸為50 μ m。
【權(quán)利要求】
1.一種液相合成鍺納米線的方法，包括: (1)在氯金酸HAuCl4.3Η20中加入溶劑溶解，得到氯金酸溶液，在120-130°c條件下，反應(yīng)5-10min，提純，離心洗滌，分散，得到Au種溶液； (2)在四碘化鍺GeI4中加入溶劑，超聲得到溶液，然后進(jìn)行除水，除完水后加入Au種溶液，靜置，然后升溫至320-350°C，反應(yīng)30-60min，冷卻，離心洗滌，真空干燥，得到鍺納米線；其中四碘化鍺溶液和Au種溶液的體積比例關(guān)系是20:1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液相合成鍺納米線的方法，其特征在于:所述步驟(1)中溶劑為油胺和十八烯，體積比為1:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液相合成鍺納米線的方法，其特征在于:所述步驟(1)中氯金酸溶液的濃度為5mg/ml-10mg/ml。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液相合成鍺納米線的方法，其特征在于:所述步驟(1)中離心速率為10000-12000rmp，時間為3_5min ;洗滌為正已烷洗滌3_5次。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液相合成鍺納米線的方法，其特征在于:所述步驟(2)中溶劑為油胺；四碘化鍺的濃度為3-5mg/ml。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液相合成鍺納米線的方法，其特征在于:所述步驟(2)中超聲時間為30-45min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液相合成鍺納米線的方法，其特征在于:所述步驟(2)中除水為升溫至120°C，除水30-40min。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液相合成鍺納米線的方法，其特征在于:所述步驟(2)中靜置時間為10-20min。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液相合成鍺納米線的方法，其特征在于:所述步驟(2)中離心洗滌為用乙醇或正已烷離心洗滌3-5次，離心速率為12000rmp，時間為5_10min。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液相合成鍺納米線的方法，其特征在于:所述步驟(2)中所得的鍺納米線的長度為8 μ m，直徑為50nm。
【文檔編號】B82Y40/00GK103540995SQ201310483209
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月15日
【發(fā)明者】胡俊青, 吳江紅, 劉倩, 李博, 宋國勝, 李文堯, 安磊 申請人:東華大學(xué)