一种硅锗氧化物复合纳米线的制备方法技术

本发明专利技术主要涉及一种以乙二胺水溶液作为反应溶液气固相处理无定型氧化硅和α氧化锗混合物制备硅锗氧化物复合纳米线的方法。该方法是以无定型氧化硅作为硅源，通过浸泡、焙烧植入铁纳米粒子，再将植入铁纳米粒子的无定型氧化硅和α氧化锗混和研磨，通过有机胺的气－固相处理，最终获得硅锗氧化物复合纳米线。通过该方法制备的硅锗氧化物复合纳米线具有很好的荧光活性、大的比表面积以及粗细、长短可调控的性质，因此这种硅锗氧化物复合纳米线有望在许多领域例如先进催化剂的设计、生物荧光标记、纳米器件组装、微观传导以及先进光学、电学和磁学材料的合成中有潜在应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米材料
，具体涉及一种以乙二胺水溶液作为反应溶液气固相处理无定型氧化硅和α氧化锗混合物制备硅锗氧化物复合纳米线的方法。
技术介绍
一维材料包括纳米线、纳米管、纳米棒等由于具有微观一维结构以及大的比表面积等特性在催化、环保及其它功能材料组装领域中有着广泛的应用前景，近年来成为主要的研究热点之一。复合纳米线由于其本身具有两种或者两种以上一维纳米材料的物理化学性质，而且具有可调控一维特性，在光学、电化学、催化、吸附和分离等领域有着广泛的用途，因此合成复合纳米线是近年来材料领域的一个研究热点。目前，复合纳米线的合成主要依赖于高温化学蒸汽沉降(chemistry vapor deposition)(Mark S.Gudiksen，Lincoln J.Lauhon，Jianfang Wang，David C.Smith，Charles M.Lieber，Nature 2002，415，617；Jun Qing Hu，Xiang Min Meng，Yang Jiang，Chun Sing Lee，Shuit Tong Lee，Adv.Mater.2003，15，70；Kok Keong Lew，Ling Pan，Elizabeth C.Dickey，Joan M.Redwing，Adv.Mater.2003，15，2073；J.H.He，W.W.Wu，S.W.Lee，L.J.Chen，Y.L.Chueh，L.J.Chou，AppliedPhysics Letters 2005，86，263109)和胶凝胶(Sol-Gel)(Yadong Li，Junwei Wang，Zhaoxiang Deng，Yiying Wu，Xiaoming Sun，Dapeng Yu，Peidong Yang，J.Am.Chem.Soc.2001，123，9904；LongPan，Nancy Ching，Xiaoying Huang，Jing Li，Chem.Eur.J.2001，7，4431；Long Pan，XiaoyingHuang，Hoa Loan N.Phan，T.J.Emge，Jing Li，Xiaotai Wang，Inorg.Chem.2004，43，6878；WeiTang Yao，Shu Hong Yu，Long Pan，Jing Li，Qing Song Wu，Ling Zhang，Jie Jiang，Small 2005，1，320)。高温化学蒸汽沉降是在高温的情况下(一般1000℃以上)通过鼓气的方式使复合材料与金属催化剂(铁、钴、金、镍、镓等)混合，在金属催化剂的作用之下生长复合纳米线。该方法能够方便地获得复合纳米线，但是所需的反应条件很苛刻(通常需要抽高真空)，而且一般需要精确控制反应温度、鼓气的成分和速度以及反应时间等条件，因此该方法无法达到大规模生产复合线的要求。溶胶凝胶法是通过复合原料与模板剂的作用，生长复合纳米线，然后再通过焙烧或化学腐蚀去除模板剂，最终得到纯的复合纳米线。这个方法不需要很高的温度，可以在比较温和的条件下生长复合纳米线，但是需要消耗模板剂，合成成本高，而且-->模板剂的焙烧也会对环境造成污染同样不适合大规模生产。
技术实现思路
本专利技术的目的是获得一种步骤简单、条件易控、经济合理且不会造成环境污染的硅锗氧化物复合纳米线的新颖制备方法。本专利技术提出的硅锗氧化物复合纳米线的制备方法，具体步骤如下：(1)将无定型氧化硅分散浸泡在0.5～2mol/L硝酸铁溶液中，浸泡时间6～12小时，然后将其离心、晾干、焙烧，晾干温度70～90℃，焙烧温度350～400℃，焙烧时间4～6小时，将焙烧的产物和α氧化锗混合研磨得到红色固体，无定型氧化硅和α氧化锗的质量比是0.1～5；(2)剪一块不锈钢网固定在带有聚四氟乙烯内衬的反应釜中，将步骤1中混合好的红色固体置于网上，再向釜底注射乙二胺水溶液，由无定型氧化硅、α氧化锗和氧化铁组成的固体和乙二胺溶液的固液质量比为0.1～0.01，拧紧反应釜并将其置于195～205℃烘箱之中，反应1天～5天；(3)将反应好的绿色固体取出，用水和乙醇分别清洗三次，清洗除去残留在表面的乙二胺和氧化铁，然后在烘箱内烘干。本专利技术中的无定型氧化硅可以是介孔氧化硅、白碳黑、硅胶等。本专利技术中无定型氧化硅和硝酸铁溶液的固液质量比为0.02～0.2。本专利技术中不锈钢网的大小依聚四氟乙烯内衬的孔口大小而定。本专利技术中乙二胺水溶液中乙二胺与水的体积比是0.5～5。本专利技术中最终产品硅锗氧化物复合纳米线的烘干温度为50～90℃，时间6～12小时。本专利技术较好的反应条件是：所用的无定型氧化硅是以十六烷基三甲基溴化胺为模板剂合成的中孔氧化硅微球最为合适，其粒径范围在2.0～3.0μm。本专利技术中乙二胺水溶液中乙二胺与水的体积比是8∶5。焙烧后吸附有氧化铁纳米粒子的无定型氧化硅与α氧化锗必须充分研磨，使其很好的分散在一起。不锈钢网最好置于聚四氟乙烯内衬的中间靠下部分，焙烧后的固体平铺网上，尽量使其分布均匀。反应釜必须要拧紧，置于烘箱内且靠近热电偶。反应后的绿色固体产物最好使用无水乙醇清洗三次再用水清洗用以除去乙二胺和多余的-->氧化铁。本专利技术方法制备硅锗氧化物复合纳米线的产率大于95％。该类硅锗氧化物复合纳米线具有很好的荧光活性、很大的比表面积以及长度、粗细可调控的性质，因此这种硅锗氧化物复合纳米线有望在许多领域例如先进催化剂的设计、生物荧光标记、纳米器件组装、微观传导以及先进光学、电学和磁学材料的合成中有潜在应用价值。本专利技术制备条件简单易控，工艺条件成本低，制备效率高，产品质量以及成品率高，有良好的应用和产业化前景。附图说明图1是中孔氧化硅微球A1的扫描电镜(SEM)图。图2是产品A3的扫描电镜(SEM)图。图3是产品A3的扫描电镜(TEM)图。图4是产品A3的高放大倍数透射电镜(TEM)图。图5是产品B3的扫描电镜(SEM)图。图6是产品B3的透射电镜(TEM)图。图7是产品B3的高放大倍数透射电镜(TEM)图。图8是产品A3的X射线衍射(XRD)图。图9是产品B3的X射线衍射(XRD)图。图10是产品A3的荧光光谱数据。具体实施方式以下通过具体实施例对本专利技术作进一步说明，但对本专利技术不构成任何限制。实例1将1.96g CTAB、2.32g Na2SiO3·9H2O和17g蒸馏水混合，室温下搅拌均匀，然后将1.75ml乙酸乙酯注入上述溶液中，30秒后停止搅拌，将室温静置5小时后的混合液在90℃的油浴中加热50小时，将产物过滤并用蒸馏水洗干净得到氧化硅微球A1。实例2将0.1g氧化硅微球A1分散在5ml 0.5～2mol/L硝酸铁溶液中浸泡过夜，然后将溶液在90℃烘箱中晾干，将晾干后的固体400℃焙烧4小时，将焙烧后产物与0.1gα氧化锗混合研磨得到A2。剪一张不锈钢网固定在带有聚四氟乙烯内衬的反应釜中，将A2均匀的平铺在不锈钢网上，再向釜底注射1ml水、1.6ml乙二胺，拧紧反应釜放在200℃烘箱中反应1天，取出-->不锈钢网上的固体，用无水乙醇清洗三遍再用水洗三次，然后固体在90℃烘箱中烘干得产物A3。实例3用与实例2相同的方法进行实验，但将0.1g氧化硅微球A1换成0.1g白碳黑，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅锗氧化物复合纳米线的制备方法，其特征在于具体步骤为：　　　　（１）以无定型氧化硅为原料，在硝酸铁溶液之中浸泡、焙烧使铁植入到无定型氧化硅之中，硝酸铁溶液浓度０．５～２ｍｏｌ／Ｌ，无定型氧化硅与硝酸铁溶液固液质量比是０．０２～０．２，浸泡时间６～１２小时，然后离心、晾干、焙烧，然后将焙烧产物与α氧化锗混合研磨，无定型氧化硅和α氧化锗的质量比是０．１～５；　　　　（２）以乙二胺水溶液作为反应溶液在带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜之中水热处理，由无定型氧化硅、α氧化锗和氧化铁组成的固体和乙二胺溶液的固液质量比０．１～０．０１，水热处理时间１～５天，水热处理的温度是１９５～２０５℃；　　　　（３）产物要经水和乙醇清洗除去残留在表面的乙二胺和氧化铁，然后在烘箱内烘干，烘干温度５０～９０℃，时间６～１２小时。

【技术特征摘要】
1.一种硅锗氧化物复合纳米线的制备方法，其特征在于具体步骤为：(1)以无定型氧化硅为原料，在硝酸铁溶液之中浸泡、焙烧使铁植入到无定型氧化硅之中，硝酸铁溶液浓度0.5～2mol/L，无定型氧化硅与硝酸铁溶液固液质量比是0.02～0.2，浸泡时间6～12小时，然后离心、晾干、焙烧，然后将焙烧产物与α氧化锗混合研磨，无定型氧化硅和α氧化锗的质量比是0.1～5；(2)以乙二胺水溶液作为反应溶液在带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜之中水热处理，由无定型氧化硅、α氧化锗和氧化铁组成的固体和乙二胺溶液的固液质量比0.1～0.01，水热处理时间1～5天，水热处理的温度是195～205℃；(3)产物要经水和乙醇清洗除去残留在表面的乙二胺和氧化铁，然后在烘箱内烘干，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈平，高庆生，米刚，唐颐，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]