[发明专利]一种离子液体电沉积制备锗纳米立方晶的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有纳米立方晶锗的制备方法，特别是一种利用紫外照射辅助离子液体电沉积法制备锗纳米立方结构的方法。

背景技术

目前，纳米材料的制备以及性能研究备受关注，这是由于它们所具有的小尺寸效应可以直接影响性能，能够具有特殊光、电等性能。锗材料具有高折射率，高介电常数，是应用广泛的半导体材料，在光电传感器，气体传感器以及红外等领域都有重要的应用。纳米结构的锗有着特殊的光致发光，电致发光，以及表面拉曼增强等效应。通常来讲，球形的纳米粒子由于表面能最低，比较容易获得。而具有可控形貌的纳米粒子，可能具有特殊性能，因而在更多器件上具有更为吸引的应用前景，由此备受关注。大多数超晶格材料是由非球形粒子组成的，对于纳米立方粒子更具有比球形或者赝球形粒子更高的填充率。目前，对于贵金属纳米立方以及各种非球形纳米粒子的合成研究较多。而对具有强共价键的第四主族元素来讲，形貌可控的纳米粒子很难获得，W.Z.Wang，J.Y.Huang和Z.F.Ren等人发表在Langmuir的2005年第21期751-754上的文章《一种低温反胶束溶剂热合成锗纳米立方的方法》(Synthesis of Germanium Nanocubes by a Low-Temperature Inverse Micelle Solvothermal Technique)公开了一种锗的纳米立方粒子的制备方法，该溶剂合成法存在不易控制，较难重复的缺点，并且中间使用的还原剂毒性大。

发明内容

本发明是要解决现有的溶剂合成法合成锗的纳米立方粒子时存在的不易控制、较难重复的技术问题，而提供一种离子液体电沉积制备锗纳米立方晶的方法。

本发明的一种离子液体电沉积制备锗纳米立方晶的方法按以下步骤进行：

一、将面电阻≤15Ω/□的ITO导电玻璃基板，依次放入丙酮、甲醇和超纯水中进行超声清洗；

二、将1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐(EmimTF₂N)离子液体减压蒸馏进行提纯，然后按高纯四氯化锗的浓度为0.1mol/L～0.3mol/L，在手套箱中，将高纯四氯化锗加入到提纯后的1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐离子液体中，陈化12h～24h，得到电解液；

三、将电解池放入手套箱中，该电解池以铂环作为对比电极，以银丝作为参比电极，以经步骤一处理的ITO导电玻璃基板作为工作电极；将步骤二得到的电解液加入到电解池中，并在电解池上方设置紫外灯，充入氩气保护；其中紫外灯发出的紫外光的波长为365nm；

四、将电解池与电化学工作站相连，打开紫外灯，进行循环伏安扫描，扫描范围为0～-2.5V，扫描速率为5～15mV/s，得到循环伏安曲线，循环伏安曲线上从右至左第一个峰为四价锗到二价锗的还原峰；第二个峰为二价锗到锗单质的还原峰，从循环伏安曲线上读出第二个峰所对应的电位值A；

五、在紫外灯照射下，进行恒电位沉积，其中恒电位沉积时的电位为步骤四中所述的电位值A，沉积时间为5min～15min；

六、拆卸电解池，将ITO导电玻璃基板取出，用无水异丙醇清洗后，干燥，得到锗纳米立方晶。

本发明是结合紫外照射，使用无毒无污染离子液体EmimTF₂N+GeCl₄作为电解液，控制紫外灯的功率和沉积时间，在室温下得到了形貌可控的锗薄膜，特别是得到了一种特殊的由纳米颗粒聚集而成的锗纳米立方晶。该方法利用了紫外线的具有的高能量以及催化反应的能力，提高了离子液体中的化学反应的速率，缩短了反应时间，在室温下就能够得到特殊结构的锗纳米方块或不规则多面体。该绿色化学合成方法工艺简单，操作方便，容易实施。通过改变沉积电位或者沉积时间，或者沉积方法，可以实现对沉积出来的纳米颗粒的大小的控制，并且发现了在短波紫外照射下的电解液中有绿色荧光产生，估计可能的原因是存在二价锗离子。本发明得到的边长为100～200nm左右的由锗纳米粒子聚集而形成的纳米方块结构，可以应用在光致发光等器件上。

附图说明

图1是具体实施方式六中所述的电解池结构示意图；其中1为筒体，2为底座，3为工作电极，4为对比电极，5为参比电极；

图2是试验一的步骤四中电解池与电化学工作站连接示意图，其中6为电化学工作站；

图3是试验一的步骤四得到的循环伏安曲线图；

图4是试验一得到的锗纳米立方晶的低倍扫描电镜照片；

图5是试验一得到的锗纳米立方晶的高倍扫描电镜照片；