[發明專利]Zn2

在審

• 申請號: 202010070145.4
• 申請日: 2020-01-21
• 公開（公告）號: CN111196610A
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發明（設計）人: 婁正松;秦佳佳;孫俊鐸
• 申請（專利權）人: 江蘇理工學院
• 主分類號: C01G17/00
• 分類號: C01G17/00;B82Y40/00
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 杭行

本發明公開了一種Zn₂GeO₄納米棒的熔鹽法合成方法，首先將鋅化合物、GeO₂、KCl和LiCl按物質的量之比2∶1∶50x∶10x，1.0x3.0均勻混合，再經高溫焙燒，蒸餾水浸漬除鹽，抽濾，洗滌，干燥即可得到產物，合成的Zn₂GeO₄納米棒的形貌均一，分散性好，直徑為20~500 nm，長度為50~1500 nm；且本發明公開的方法具有成本低廉、工藝簡單、環境友好、可控性強的特點，拓寬了Zn₂GeO₄納米材料的應用，將在電、催化等方面擁有廣闊的市場前景。

技術領域

本發明涉及復合材料技術領域，具體涉及一種Zn₂GeO₄納米棒的熔鹽法合成方法。

背景技術

Zn₂GeO₄是一種三元金屬氧化物材料，是一種類似于TiO₂的寬禁帶半導體材料，是重要的寬帶隙光催化劑。鍺酸鋅材料禁帶寬度為4.4 eV，為直接半導體，根據Mulliken電負性計算得價帶和導帶電勢分別為3.88 eV和-0.62 eV（相對于標準氫電極）。價帶主要由O2p、Zn 3d、和Ge 4p軌道雜化而成，導帶主要由Ge 4s、Ge 4p、Zn 4s 和Zn 3d軌道雜化而成。價帶軌道的大幅度重疊使得價帶上的電子具有高遷移性，抑制了光生電子和空穴的復合，從而提高了鍺酸鋅的催化性能。鍺金屬由于具有較高的理論比容量，鋰離子擴散系數高，被認為是替代傳統石墨的理想材料之一。然而其成本較高，制備困難，嚴重阻礙了其實用化的進程。通過采用廉價金屬與鍺形成三元氧化物可以在很大程度上降低材料的成本，為將來大規模應用提供可能。鋅元素具有儲鋰活性，且價格低廉，在降低材料成本的同時也可保證較高的比容量。鍺酸鋅也因其高的理論容量（1450 mAhg^-1）和優良的速率能力被認為是鋰離子電池的候選材料。為了更好地利用Zn₂GeO₄的優勢，人們對其進行了更為深入的研究，以獲得電化學性能更為優良的鋰離子電池。

由于鍺酸鋅本身為斜方晶系，因此大多數合成方法制備的納米顆粒因單一結構問題導致在電化學反應過程中容易發生團聚，導致電極材料比容量在循環過程中迅速衰減。如利用離子交換法合成了非晶態Zn₂GeO₄納米顆粒，其作為鋰離子電池負極材料實現了高比容量和良好的循環穩定性，然而由于其具有較大的比表面積，在首次放充電過程中的庫侖效率僅為31%，對實際應用而言意義不大。現有技術中的Zn₂GeO₄納米材料的合成方法總體均較為復雜，產品形貌的可控性較差，且分散性也不夠好，開發廉價環保的制備方法合成高性能鍺酸鋅電極材料依舊充滿挑戰。因此，開發出一種環境友好、尺寸可控性好、形貌均一、分散性好并可以大量合成Zn₂GeO₄納米材料的方法，將有利于提高Zn₂GeO₄納米材料的電化學性能，拓寬其在能源與環境中的應用范圍，使其在鋰離子電池電極材料中得到更為廣泛地應用。

發明內容

本發明的目的在于解決現有技術中的不足，提供一種Zn₂GeO₄納米棒的熔鹽法合成方法，制備過程簡單，工藝成本低，易于大規模制備，且產品性能優良，可以解決現有方法制備的產品的尺寸可控性差，形貌均一度低，分散性不好等問題。

本發明的技術方案為：一種Zn₂GeO₄納米棒的熔鹽法合成方法，包括以下步驟：

（1）將鋅化合物、GeO₂、KCl和LiCl均勻混合；

（2）將得到的混合物收集于氧化鋁坩堝中后放入馬弗爐中，升溫焙燒，自然冷卻；

（3）將反應后的產物用去離子水浸漬除鹽，抽濾，得到灰白色固體；