一种锗酸钙纳米片的制备方法
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。
本发明用于制备一种锗酸钙纳米片。
附图说明
图1为实施例一泡沫镍基板的SEM图;图2为实施例一得到的锗酸钙纳米片的SEM图;图3为实施例一得到的锗酸钙纳米片的EDX图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式,还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一:本实施方式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。
具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同的是:步骤一中泡沫金属基板为泡沫镍基板、泡沫铜基板或泡沫铝基板。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一或二不同的是:步骤一中超声清洗工艺为:依次采用丙酮、醇类清洗剂和超纯水分别超声清洗18~25min;或者依次采用二氯甲烷、醇类清洗剂和超纯水分别超声清洗18~25min;或者依次采用三氯甲烷、醇类清洗剂和超纯水分别超声清洗18~25min;其中醇类清洗剂为甲醇、无水乙醇、异丙醇或正丁醇。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是:步骤一中控制干燥温度为60~80℃,干燥时间为3~6h。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五:本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是:步骤二中Ca源化合物为Ca(CH3COO)2或CaCl2。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六:本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是:步骤三中控制温度为170~190℃,水热反应17~20h。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七:本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是:步骤四中采用镊子取出负载白色产物的泡沫金属基板。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八:本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是:步骤四中采用医用刀片去除泡沫金属基板上负载的白色产物。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九:本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是:步骤四中控制温度为45~65℃,烘干7~12h。其它与具体实施方式一至八之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果:
实施例一:
本实施例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13cm的圆片,然后进行依次采用100mL二氯甲烷、100mL无水乙醇和100mL超纯水分别超声清洗18min,然后控制干燥温度为60℃,干燥3h;其中泡沫金属基板为泡沫镍基板;
二、将1mmol Ca(CH3COO)2和3.5mmol GeO2混合,加入30mL超纯水磁力搅拌1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100mL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℃,水热反应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℃,烘干15h,得到一种锗酸钙纳米片。
本实施例制备的锗酸钙纳米片的厚度为20~30nm,高度为100nm。
本实施例泡沫镍基板的SEM图如图1所示;本实施例得到的锗酸钙纳米片的SEM图如图2所示;本实施例得到的锗酸钙纳米片的EDX图如图3所示。
实施例二:
本实施例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14cm的圆片,然后进行依次采用120mL二氯甲烷、120mL甲醇和120mL超纯水分别超声清洗20min,然后控制干燥温度为60℃,干燥5h;其中泡沫金属基板为泡沫铜基板;
二、将1.5mmol Ca(CH3COO)2和7mmol GeO2混合,加入45mL超纯水磁力搅拌1.5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100mL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170℃,水热反应20h;
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50℃,烘干11h,得到一种锗酸钙纳米片。
本实施例制备的锗酸钙纳米片的厚度为10~15nm,高度为80nm。
实施例三:
本实施例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15cm的圆片,然后进行依次采用140mL三氯甲烷、140mL无水乙醇和140mL超纯水分别超声清洗21min,然后控制干燥温度为70℃,干燥4h;其中泡沫金属基板为泡沫铝基板;
二、将1.5mmol Ca(CH3COO)2和5.25mmol GeO2混合,加入45mL超纯水磁力搅拌2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100mL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200℃,水热反应16h;
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60℃,烘干12h,得到一种锗酸钙纳米片。
本实施例制备的锗酸钙纳米片的厚度为10~30nm,高度为150nm。
实施例四:
本实施例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16cm的圆片,然后进行依次采用160mL三氯甲烷、160mL异丙醇和160mL超纯水分别超声清洗22min,然后控制干燥温度为80℃,干燥3h;其中泡沫金属基板为泡沫镍基板;
二、将2mmol Ca(CH3COO)2和7mmol GeO2混合,加入50mL超纯水磁力搅拌2.5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100mL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190℃,水热反应19h;
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70℃,烘干8h,得到一种锗酸钙纳米片。
本实施例制备的锗酸钙纳米片的厚度为30~40nm,高度为150nm。
实施例五:
本实施例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17cm的圆片,然后进行依次采用180mL丙酮、180mL正丁醇和180mL超纯水分别超声清洗25min,然后控制干燥温度为70℃,干燥5h;其中泡沫金属基板为泡沫铜基板;
二、将3mmol Ca(CH3COO)2和10.5mmol GeO2混合,加入55mL超纯水磁力搅拌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100mL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180℃,水热反应20h;
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80℃,烘干12h,得到一种锗酸钙纳米片。
本实施例制备的锗酸钙纳米片的厚度为50~80nm,高度为200nm。
实施例六:
本实施例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18cm的圆片,然后进行依次采用200mL二氯甲烷、200mL正丁醇和200mL超纯水分别超声清洗25min,然后控制干燥温度为80℃,干燥6h;其中泡沫金属基板为泡沫铝基板;
二、将4mmol Ca(CH3COO)2和14mmol GeO2混合,加入60mL超纯水磁力搅拌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100mL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180℃,水热反应22h;
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50℃,烘干11h,得到一种锗酸钙纳米片。
本实施例制备的锗酸钙纳米片的厚度为80~100nm,高度为250nm。