[發明專利]一種離子液體電沉積制備鍺納米立方晶的方法

有效

• 申請號: 201310254310.1
• 申請日: 2013-06-25
• 公開（公告）號: CN103343364A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 李垚;劉昕;安小坤;趙九蓬;郝健
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C25C5/02
• 分類號: C25C5/02
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務所(普通合伙) 23209
• 代理人: 張偉

技術領域

本發明涉及一種具有納米立方晶鍺的制備方法，特別是一種利用紫外照射輔助離子液體電沉積法制備鍺納米立方結構的方法。

背景技術

目前，納米材料的制備以及性能研究備受關注，這是由于它們所具有的小尺寸效應可以直接影響性能，能夠具有特殊光、電等性能。鍺材料具有高折射率，高介電常數，是應用廣泛的半導體材料，在光電傳感器，氣體傳感器以及紅外等領域都有重要的應用。納米結構的鍺有著特殊的光致發光，電致發光，以及表面拉曼增強等效應。通常來講，球形的納米粒子由于表面能最低，比較容易獲得。而具有可控形貌的納米粒子，可能具有特殊性能，因而在更多器件上具有更為吸引的應用前景，由此備受關注。大多數超晶格材料是由非球形粒子組成的，對于納米立方粒子更具有比球形或者贗球形粒子更高的填充率。目前，對于貴金屬納米立方以及各種非球形納米粒子的合成研究較多。而對具有強共價鍵的第四主族元素來講，形貌可控的納米粒子很難獲得，W.Z.Wang，J.Y.Huang和Z.F.Ren等人發表在Langmuir的2005年第21期751-754上的文章《一種低溫反膠束溶劑熱合成鍺納米立方的方法》(Synthesis?of?Germanium?Nanocubes?by?a?Low-Temperature?Inverse?Micelle?Solvothermal?Technique)公開了一種鍺的納米立方粒子的制備方法，該溶劑合成法存在不易控制，較難重復的缺點，并且中間使用的還原劑毒性大。

發明內容

本發明是要解決現有的溶劑合成法合成鍺的納米立方粒子時存在的不易控制、較難重復的技術問題，而提供一種離子液體電沉積制備鍺納米立方晶的方法。

本發明的一種離子液體電沉積制備鍺納米立方晶的方法按以下步驟進行：

一、將面電阻≤15Ω/□的ITO導電玻璃基板，依次放入丙酮、甲醇和超純水中進行超聲清洗；

二、將1-乙基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽(EmimTF₂N)離子液體減壓蒸餾進行提純，然后按高純四氯化鍺的濃度為0.1mol/L～0.3mol/L，在手套箱中，將高純四氯化鍺加入到提純后的1-乙基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽離子液體中，陳化12h～24h，得到電解液；

三、將電解池放入手套箱中，該電解池以鉑環作為對比電極，以銀絲作為參比電極，以經步驟一處理的ITO導電玻璃基板作為工作電極；將步驟二得到的電解液加入到電解池中，并在電解池上方設置紫外燈，充入氬氣保護；其中紫外燈發出的紫外光的波長為365nm；

四、將電解池與電化學工作站相連，打開紫外燈，進行循環伏安掃描，掃描范圍為0～-2.5V，掃描速率為5～15mV/s，得到循環伏安曲線，循環伏安曲線上從右至左第一個峰為四價鍺到二價鍺的還原峰；第二個峰為二價鍺到鍺單質的還原峰，從循環伏安曲線上讀出第二個峰所對應的電位值A；

五、在紫外燈照射下，進行恒電位沉積，其中恒電位沉積時的電位為步驟四中所述的電位值A，沉積時間為5min～15min；

六、拆卸電解池，將ITO導電玻璃基板取出，用無水異丙醇清洗后，干燥，得到鍺納米立方晶。

本發明是結合紫外照射，使用無毒無污染離子液體EmimTF₂N+GeCl₄作為電解液，控制紫外燈的功率和沉積時間，在室溫下得到了形貌可控的鍺薄膜，特別是得到了一種特殊的由納米顆粒聚集而成的鍺納米立方晶。該方法利用了紫外線的具有的高能量以及催化反應的能力，提高了離子液體中的化學反應的速率，縮短了反應時間，在室溫下就能夠得到特殊結構的鍺納米方塊或不規則多面體。該綠色化學合成方法工藝簡單，操作方便，容易實施。通過改變沉積電位或者沉積時間，或者沉積方法，可以實現對沉積出來的納米顆粒的大小的控制，并且發現了在短波紫外照射下的電解液中有綠色熒光產生，估計可能的原因是存在二價鍺離子。本發明得到的邊長為100～200nm左右的由鍺納米粒子聚集而形成的納米方塊結構，可以應用在光致發光等器件上。

附圖說明

圖1是具體實施方式六中所述的電解池結構示意圖；其中1為筒體，2為底座，3為工作電極，4為對比電極，5為參比電極；

圖2是試驗一的步驟四中電解池與電化學工作站連接示意圖，其中6為電化學工作站；

圖3是試驗一的步驟四得到的循環伏安曲線圖；

圖4是試驗一得到的鍺納米立方晶的低倍掃描電鏡照片；

圖5是試驗一得到的鍺納米立方晶的高倍掃描電鏡照片；