锗酸盐纳米线/纳米棒的合成与表征

摘要

锗酸盐纳米线/纳米棒具有良好的光催化、传感、电学及光学特性,在纳米光催化、纳米光学、纳米电学及传感领域具有很好的应用潜力。本文论述了三元氧化物纳米线/纳米棒、锗酸盐纳米线/纳米棒的合成、性能及应用的研究现状与最新进展情况。通过水热方法合成了锗酸钙纳米线、锗酸镉纳米线、锗酸锰纳米棒及锗酸锌纳米棒,研究了锗酸盐纳米线/纳米棒的结构、形态及光学特性,分析了生长条件对锗酸盐纳米线/纳米棒形成的影响及其生长机制,这在一维锗酸盐纳米材料的高效合成、生长机制及应用方面具有较重要的研究意义。　　分别以乙酸钙和二氧化锗作为钙源及锗源,通过简单的水热过程合成了直径50-200 nm、长数十微米的锗酸钙纳米线。锗酸钙纳米线由斜方 Ca2GeO4、斜方Ca2Ge7O16和三斜 CaGe2O5晶相构成。锗酸钙纳米线的PL光谱显示在发射中心421 nm和488 nm位置处存在强烈的蓝光发射现象,在发射中心529 nm位置存在较弱的绿光发射现象。水热温度和时间对锗酸钙纳米线的形成和生长起到了关键作用,水热温度80℃时有纳米棒生成,随着水热温度和保温时间的增加,纳米棒的持续生长形成了锗酸钙纳米线。除了乙酸钙外,氧化钙也是合成锗酸钙纳米线合适的钙源,添加十二烷基磺酸钠(SDS)和乙二胺可以调控锗酸钙纳米线的尺寸。　　未采用任何表面活性剂,以二氧化锗和乙酸镉为原料,通过简单的水热过程合成了锗酸镉纳米线。X-射线衍射结果显示所得锗酸镉纳米线由单斜锗酸镉晶相构成。电镜结果显示纳米线的直径约30-300 nm、长度数十微米,表面光滑。水热温度、时间和反应釜填充度对锗酸镉纳米线的形成与尺寸有重要影响。随着水热温度和保温时间的增加,纳米线的长度不断增加,控制水热温度可得到直径均匀的锗酸镉纳米线。室温 PL光谱结果显示所得锗酸镉纳米线在422 nm和490 nm位置处存在强烈的蓝色光致发光现象,在528 nm位置处存在绿色光致发光现象,说明所得锗酸镉纳米线具有良好的光学特性。乙二胺对锗酸镉纳米结构形成的影响研究说明添加乙二胺后可以得到单斜 Cd2Ge2O6晶相的锗酸镉花状结构。　　以二氧化锗和乙酸锰为原料,通过简单的水热过程合成了斜方 Mn2GeO4和单斜Mn2Ge2O7构成的锗酸锰纳米棒。纳米棒表面光滑、头部为平面结构,长度大于10微米,直径约60-350 nm。水热温度、保温时间、填充度、表面活性剂、溶剂和锰源材料对锗酸锰纳米棒的形成有重要影响,乙酸锰是合成锗酸锰纳米棒的合适锰源材料。光致发光结果显示锗酸锰纳米棒在发射中心422 nm、472 nm和487 nm位置处具有强烈的蓝光发射现象,在530 nm处存在较弱的绿光发射现象。　　以二氧化锗和乙酸锌为原料,通过水热过程合成了斜方结构的锗酸锌纳米棒。分析显示锗酸锌纳米棒为单晶结构、表面光滑,长度约10微米、直径约50-500 nm。水热温度、保温时间、填充度、表面活性剂及乙二胺对锗酸锌纳米棒的形成有重要影响。添加乙二胺时,可以得到直径30-100 nm、长1-2微米的锗酸锌纳米棒,以聚乙烯吡咯烷酮和十二烷基磺酸钠为表面活性剂时,可以得到微米级棒状和管状结构。光致发光结果显示锗酸锰纳米棒在发射中心421 nm、488 nm位置处具有强烈的蓝光发射现象,在529 nm位置处存在较弱的绿光发射现象。

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引 言

第一章 文献综述

1.1 引言

1.2 三元氧化物纳米线/纳米棒

1.3 锗酸盐纳米线/纳米棒

1.4 本论文的研究意义与研究内容

第二章 锗酸盐纳米线/纳米棒的合成过程及表征方法

2.1 原料及仪器

2.2 锗酸盐纳米线/纳米棒的合成过程

2.3 样品表征

第三章 锗酸钙纳米线的水热合成与表征

3.1 引言

3.2 实验过程及合成参数分析

3.3 锗酸钙纳米线的结构、形貌及光学特性分析

3.4 水热生长条件对锗酸钙纳米线形成的影响

3.5 本章小结

第四章 锗酸镉纳米线的水热合成与表征

4.1 引言

4.2 实验过程及合成参数分析

4.3 锗酸镉纳米线的结构、形貌及光学特性分析

4.4 水热生长条件对锗酸镉纳米线形成的影响

4.5 乙二胺对锗酸镉纳米线形态转变的影响

4.6 本章小结

第五章 锗酸锰纳米棒的水热合成与表征

5.1 引言

5.2 实验过程及合成参数分析

5.3 锗酸锰纳米棒的结构、形貌及光学特性

5.4 水热条件对锗酸锰纳米棒形成的影响

5.6 本章小结

第六章 锗酸锌纳米棒的水热合成与表征

6.1 引言

6.2 实验过程及合成参数分析

6.3 锗酸锌纳米棒的结构、形貌及光学特性

6.4 水热条件对锗酸锌纳米棒形成的影响

6.5 本章小结

结 论

参考文献

在学研究成果

致谢