[发明专利]一种锗酸钙纳米片的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锗酸钙纳米片的制备方法。

背景技术

锗酸盐在作为电化学传感器、光学器件、电子器件、光电器件、光催化等领域上有广泛的应用，近年来被受科学界广泛关注。例如锗酸铅单晶具有铁电性和电致旋光效应被认为是优秀的热释电探测器材料，锗酸锌被公认为电致发光和场发射显示器的理想材料，锗酸铜是一种具有自旋佩尔斯相变的无机固态材料，而锗酸钙是一种具有良好的光学性能，自旋电子特性的材料，在光学，晶体管等领域具有很好的应用前景。它的价格低廉，对环境无污染，具有潜在的应用前景。

纳米材料以其独特的性质(高的表面效应、体积效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应)成为近年来材料合成的热点。目前锗酸钙纳米材料的合成主要通过水热合成来实现，通过调节水热的温度、时间和添加添加剂来对锗酸钙的形貌进行控制。近年来锗酸纳米线、纳米空心球相继合成出来。2013年华中科技大学沈国贞课题组用水热的方法在碳布上负载锗酸钙纳米线作为锂离子电池的负极材料。他们将1mmolCa(CH₃COO)₂和GeO₂溶解在30ml蒸馏水磁力搅拌1小时，把溶液转移到水热釜中。把碳布浸渍到溶液中，170℃水热合理的时间得到碳布上负载锗酸钙负极材料。2014年湖南大学马建民课题组用表面活性剂尿素或N-甲基尿素辅助水热合成的方法制备出锗酸钙纳米空心球。他们将0.35mmolGeO₂、0.1mmolCaCl₂和1g N-甲基尿素添加入35ml蒸馏水中搅拌30分，并将混合溶液转移到50ml水热釜中240℃水热12小时。将产物用乙醇和蒸馏水清洗，并80℃干燥得到锗酸钙纳米空心球，这项研究发表在(RSC Advance)上的49942-49945上。锗酸钙纳米片较纳米线具有较大比面积，预计在纳米光学器件、电子器件、电化学传感器件、晶体管等方面具有很好的应用前景，可成为纳米领域的一种很有应用潜力的新材料。然而，迄今为止，尚没有关于三维锗酸钙纳米材料，尤其是锗酸钙纳米片及其制备方法的报道。

发明内容

本发明要解决目前锗酸钙纳米材料的制备工艺复杂，不可控制，产量少，产物纯度低且无法实现纳米片结构制备的技术问题，而提供一种锗酸钙纳米片的制备方法。

一种锗酸钙纳米片的制备方法，具体是按照以下步骤进行的：

一、取泡沫金属基板，将泡沫金属基板裁切成直径为13～18cm的圆片，然后进行超声清洗，干燥；

二、将1～4mmol Ca源化合物和3.5～14mmol GeO₂混合，加入30～60mL超纯水磁力搅拌1～3小时，得到水热前驱液；

三、将步骤二得到的水热前驱液放入到水热釜中，再将步骤一处理的泡沫金属基板放入水热釜中，然后将水热釜放入烘箱中控制温度为160～200℃，水热反应16～21h；

四、取出步骤三处理的水热釜，再将水热釜中负载白色产物的泡沫金属基板取出，去除泡沫金属基板上负载的白色产物，然后用无水乙醇和超纯水依次清洗，取出处理后的泡沫金属基板，控制温度为40～70℃，烘干6～15h，得到一种锗酸钙纳米片。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种锗酸钙纳米片的制备方法，首次用水热的方法，通过调节水热前驱液的浓度和水热合成的时间可随意调节锗酸钙纳米片的厚度和高度，此方法设备简单，产量大，只需通过调节水热的温度和时间达到纳米片的形貌可控。

本发明提供了一种锗酸钙纳米片的制备方法，无需任何添加剂，避免了添加剂的加入引入杂质，省去了对产物纯化的工艺，产物纯度高。

本发明提供的一种锗酸钙纳米片的制备方法，锗酸钙纳米片并非简单的包覆在基板上，而是直接生长在基板上，提高了锗酸钙纳米片与基板的结合力。

本发明提供的一种锗酸钙纳米片的制备方法，所制备出的锗酸钙纳米片相对于锗酸钙纳米线具有较高的比表面积，可以提高锗酸钙作光学器件的荧光强度和作为电子器件的电子传输速率和电子负载量。

本发明提供的一种锗酸钙纳米片的制备方法，实现了锗酸钙纳米片的首次合成，填补了国际上制备锗酸钙纳米片的空白，对锗酸钙纳米材料商业化应用于光学器件和电子器件有重要的参考价值。

本发明用水热合成的方法，首次制备出比表面积比纳米线大的纳米片结构，将在纳米光学器件、电子器件、电化学传感器件、晶体管等方面具有很好的应用前景，锗酸钙纳米片结构，填补了国际上锗酸钙纳米片制备的空白，对实现工业化生产有着重要的指导性作用。