一种紫外辅助离子液体电沉积锗纳米线簇的方法技术

一种紫外辅助离子液体电沉积锗纳米线簇的方法，它涉及一种制备锗纳米线簇的方法。本发明专利技术的目的是要解决现有方法制备锗纳米线成本高、工艺复杂的问题。方法：一、配制电解液；二、将工作电极浸入到电解液中，再将紫外灯固定到电解池上方，再连接电化学工作站；三、对电解液照射；四、进行循环伏安扫描；五、恒压沉积：六、清洗、干燥，在工作电极表面得到锗纳米线簇。本发明专利技术方法工艺简单，操作方便，不需要使用模板剂，容易实施；本发明专利技术制备的锗纳米线簇的长为400nm～500nm，直径70nm～90nm。本发明专利技术可获得一种紫外辅助离子液体电沉积锗纳米线簇的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种紫外辅助离子液体电沉积锗纳米线簇的方法
本专利技术涉及一种制备锗纳米线簇的方法。
技术介绍
锗是重要的半导体材料，由于它比硅的带隙窄、载流子迁移率高、电子和空穴的有效质量小、介电常数大，因而更适合用作发光器件、存储器件和光电探测器件。锗的理论容量高达1600mAh/g，是一种非常有吸引力的锂离子电池负极材料，但其在充放电过程中会发生370％的体积膨胀，产生粉化从集流体上脱落，不再具有嵌锂能力，使得电池的储能性能及稳定性远远达不到应用标准。一维锗纳米线具有的特殊结构，其小尺寸和量子限域效应在改善材料的间接带隙结构和光学性能方面具有更大的可能性；能够有效地释放锂离子电池循环过程中产生的应力，缓冲充放电过程中产生的体积膨胀，提高电池电化学性能。近年来，国内外研究组采用化学气相沉积(CVD)法、电子束蒸镀法、磁控溅射、离子液体电沉积等方法制备出不同结构的锗基材料。离子液体电沉积技术由于绿色环保、设备简单、可在常温常压下进行等优点已经广泛用于制备不形貌的锗。2008年德国FrankEndres在Phys.Chem.Chem.Phys.发表的《Templateassistedelectrodepositionofgermaniumandsiliconnanowiresinanionicliquid》首次以聚碳酸醋膜(PC)为模板，室温下在离子液体1-丁基-1-甲基双三氟吡咯烷酮磺酸铵盐中电沉积制备出直径80～130nm，长2～2.5μm的锗纳米线，为离子液体中制备锗纳米线奠定了基础。而后又在2014年以PC为模板制在1-丁基-1-甲基双三氟吡咯烷酮磺酸铵盐中制备出直径为400nm，长为2μm的锗纳米管。两种方法都是在沉积前向PC的一面溅射上约120nm厚的金膜，以提高薄膜的导电性，当纳米线沉积完成后用二氯甲烷除去PC模板。2015年我们课题组发表在Chem.Commun上的《PreparationofGenanotubearraysfromanionicliquidforlithiumionbatteryanodeswithimprovedcyclingstability》提供了一种以离子液体1-乙基-3-甲基双三氟咪唑磺酸铵盐和四氯化锗为电解液，以聚碳酸醋膜(PC)为模板，制备用于锂离子电池负极的锗纳米线的方法。为了提高薄膜的导电性，沉积前在PC的一面溅射上约为200nm厚的金膜，而在沉积后用二氯甲烷除去PC模板。综上，目前离子液体电沉积锗纳米线采用的主要是模板法，但模板不导电，需要制备之前在一侧镀上一层金属作为电沉积的工作电极，增加了实验成本；电沉积结束后模板需要去除，纳米线或管容易在去除过程中受到破坏，需要较高的实验操作水平；模板法制备的锗纳米管或者纳米线在作为锂离子电池负极材料时，集流体的电接触不太理想。如何在不需要模板的存在下，控制锗的定向生长，制备出锗一维材料变得非常重要。本专利技术希望借助外界能量，提高离子液体中的离子化学反应的速率，通过电化学沉积技术的控制，制备无模板的锗纳米线。目前，采用能量辅助电沉积锗虽有以下报道：FrankEndres课题组2012年发表在JournalofPhysicalChemistryC上的《UV-AssistedElectrodepositionofGermaniumfromanAir-andWater-StableIonicLiquid》提供一种紫外辅助方法进行离子液体电沉积锗薄膜的方法。分别在ITO和Au基板上，使用两个不同波段的紫外光辅助沉积，发现经过照射获得的锗颗粒变小。中国专利200410018367.2提供一种离子液体电沉积法制备锗纳米立方晶的方法。在沉积过程中，辅以紫外照射，通过控制紫外灯的功率和沉积时间，制备出边长为100nm～200nm左右的由锗纳米粒子聚集而形成的纳米方块结构。中国专利201510450048.7提供一种激光诱导离子液体电沉积制备锗纳米阵列的方法。以1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐离子液体做为溶剂，GeCl4为电解质，电沉积中以脉冲激光器辐照电解液，一步法电沉积制备锗纳米阵列。但是目前为止我们没见到紫外辅助离子液体电沉积锗纳米线簇的报导。
技术实现思路
本专利技术的目的是要解决现有方法制备锗纳米线成本高、工艺复杂的问题，而提供一种紫外辅助离子液体电沉积锗纳米线簇的方法。一种紫外辅助离子液体电沉积锗纳米线簇的方法，是按以下步骤完成的：一、配制电解液：将四氯化锗加入到离子液体中，得到电解液；步骤一中所述的离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐；步骤一中所述的电解液中四氯化锗的物质的量浓度为0.05mol/L～0.2mol/L；二、将电解池放入手套箱中，再将步骤一中得到的电解液加入到电解池中，以ITO玻璃为工作电极，银丝作为参比电极，铂丝作为辅助电极；再将紫外灯固定到电解池上方，再连接电化学工作站；三、打开紫外灯的电源，对电解池中的电解液照射1min～5min；步骤三中所述的紫外灯的波长为365nm，紫外灯的功率为3W～6W；四、进行循环伏安扫描：将紫外灯照射后的电解液与电化学工作站相连，启动电化学工作站，在扫描范围为0.01V～-2.4V和扫描速率5mV/S～20mV/S下进行扫描，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；将(A－0.05)V～(A－0.25)V作为沉积电压值；五、恒压沉积：启动电化学工作站，在沉积电压为(A－0.05)V～(A－0.25)V、电流密度为0.7mA/cm2～2mA/cm2，电解液的温度为室温和紫外灯照射下沉积300s～900s，得到带有沉积层的工作电极；步骤五中所述的紫外灯的波长为365nm，紫外灯的功率为3W～6W；六、清洗、干燥：将带有沉积层的工作电极从电解液中取出，使用无水异丙醇进行清洗带有沉积层的工作电极3次～5次，再放入手套箱中晾干，即在工作电极表面得到锗纳米线簇。本专利技术的原理及优点：一、本专利技术首次使用无模板法，采用紫外辅助离子液体电沉积制备获得锗纳米线簇；二、本专利技术使用无毒无污染的1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐作为电解液，在沉积之前使用紫外灯对电解液照射1min～5min，提高电解液与工作电极的润湿，加快电解液中离子的迁移速率，当有电流通过时，在低电位下锗离子被还原成纳米级的晶核，对锗的定向生长具有非常重要的作用；在沉积过程中利用了紫外线的具有高能量以及催化反应的能力，锗的沉积速率增加，沿着晶核定向生长，形成锗纳米线簇；三、本专利技术方法工艺简单，操作方便，不需要使用模板剂，容易实施；四、本专利技术制备的锗纳米线簇的长为400nm～500nm，直径70nm～90nm。本专利技术可获得一种紫外辅助离子液体电沉积锗纳米线簇的方法。附图说明图1为实施例一制备的锗纳米线簇的扫描电子显微镜图片；图2为实施例一制备的锗纳米线簇的EDS分析图；图3为循环伏安曲线图，图3中1为实施例一步骤四中经过紫外灯照射后的电解液的循环伏安曲线，2为对比试验一步骤三中电解液的循环伏安曲线。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式是一种紫外辅助离子液体电沉积锗纳米线簇的方法是按以下步骤完成的：一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种紫外辅助离子液体电沉积锗纳米线簇的方法，其特征在于一种紫外辅助离子液体电沉积锗纳米线簇的方法是按以下步骤完成的：一、配制电解液：将四氯化锗加入到离子液体中，得到电解液；步骤一中所述的离子液体为1‑乙基‑3‑甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐；步骤一中所述的电解液中四氯化锗的物质的量浓度为0.05mol/L～0.2mol/L；二、将电解池放入手套箱中，再将步骤一中得到的电解液加入到电解池中，以ITO玻璃为工作电极，银丝作为参比电极，铂丝作为辅助电极；再将紫外灯固定到电解池上方，再连接电化学工作站；三、打开紫外灯的电源，对电解池中的电解液照射1min～5min；步骤三中所述的紫外灯的波长为365nm，紫外灯的功率为3W～6W；四、进行循环伏安扫描：将紫外灯照射后的电解液与电化学工作站相连，启动电化学工作站，在扫描范围为0.01V～‑2.4V和扫描速率5mV/S～20mV/S下进行扫描，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；将(A－0.05)V～(A－0.25)V作为沉积电压值；五、恒压沉积：启动电化学工作站，在沉积电压为(A－0.05)V～(A－0.25)V、电流密度为0.7mA/cm2～2mA/cm2，电解液的温度为室温和紫外灯照射下沉积300s～900s，得到带有沉积层的工作电极；步骤五中所述的紫外灯的波长为365nm，紫外灯的功率为3W～6W；六、清洗、干燥：将带有沉积层的工作电极从电解液中取出，使用无水异丙醇进行清洗带有沉积层的工作电极3次～5次，再放入手套箱中晾干，即在工作电极表面得到锗纳米线簇。...

【技术特征摘要】
1.一种紫外辅助离子液体电沉积锗纳米线簇的方法，其特征在于一种紫外辅助离子液体电沉积锗纳米线簇的方法是按以下步骤完成的：一、配制电解液：将四氯化锗加入到离子液体中，得到电解液；步骤一中所述的离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐；步骤一中所述的电解液中四氯化锗的物质的量浓度为0.05mol/L～0.2mol/L；二、将电解池放入手套箱中，再将步骤一中得到的电解液加入到电解池中，以ITO玻璃为工作电极，银丝作为参比电极，铂丝作为辅助电极；再将紫外灯固定到电解池上方，再连接电化学工作站；三、打开紫外灯的电源，对电解池中的电解液照射1min～5min；步骤三中所述的紫外灯的波长为365nm，紫外灯的功率为3W～6W；四、进行循环伏安扫描：将紫外灯照射后的电解液与电化学工作站相连，启动电化学工作站，在扫描范围为0.01V～-2.4V和扫描速率5mV/s～20mV/s下进行扫描，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；将(A－0.05)V～(A－0.25)V作为沉积电压值；五、恒压沉积：启动电化学工作站，在沉积电压为(A－0.05)V～(A－0.25)V、电流密度为0.7mA/cm2～2mA/cm2，电解液的温度为室温和紫外灯照射下沉积300s～900s，得到带有沉积层的工作电极；步骤五中所述的紫外灯的波长为365nm，紫外灯的功率为3W～6W；六、清洗、干燥：将带有沉积层的工作电极从电解液中取出，使用无水异丙醇进行清洗带有沉积层的工作电极3次～5次，再放入手套箱中晾干，即在工作电极表面得到锗纳米线簇。2.根据权利要求1所述的一种紫外辅助离子液体电沉积锗纳米线簇的方法，其特征在于步骤一中所述的1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐在使用前...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵九蓬，迟彩霞，李垚，郝健，刘旭松，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23