[发明专利]一种钒掺杂锗酸盐纳米线的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及钒掺杂锗酸盐纳米线及其制备方法。

背景技术

锗酸盐纳米线具有良好的电化学、光学、光催化及电学特性，在电化学传感器、光催化、光学及纳米电子器件方面具有很好的应用前景，引起了人们的研究兴趣。目前已有多种锗酸盐纳米线，例如锗酸锶纳米线、锗酸铜纳米线、锗酸钙纳米线及锗酸锰纳米线的报道。这些锗酸盐纳米线具有较好的半导体光催化特性，能够吸收紫外光，可以有效降解亚甲基蓝、甲基橙等有机染料污染物，可望作为光催化剂应用于工业废水处理、自清洁材料，实现废水处理及产品的自清洁功能。然而，锗酸盐纳米线的禁带宽度较大，难以吸收可见光，难于在可见光照条件下对有机污染物进行光催化降解处理。

钒属于典型的过渡金属元素，在宽禁带材料中掺杂钒，可以吸收可见光，提高其可见光光催化降解有机污染物的能力。所以在锗酸盐纳米线中掺杂钒，可降低锗酸盐纳米线的禁带宽度，提高其吸收可见光及可见光光催化降解能力。另外，钒掺杂锗酸盐纳米线的比表面积大，吸附能力强，可提高其半导体光催化性能，增强工业废水处理效果及涂料、玻璃的自清洁能力，在工业废水处理及环保自清洁性涂料、自清洁玻璃领域具有良好的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供含钒化合物作为钒源，得到具有良好可见光光催化性能的钒掺杂锗酸盐纳米线及其制备方法。

本发明提供了一种钒掺杂锗酸盐纳米线的制备方法，该制备方法如下：以氧化锗、乙酸盐作为原料，钒化合物为掺杂源，水为溶剂，氧化锗与乙酸盐的摩尔比为1:1，将氧化锗、乙酸盐、钒化合物与水均匀混合后置于反应容器内并密封，于温度120-180℃、保温0.5-24h，最终可得到絮状钒掺杂锗酸盐纳米线；

所述乙酸盐为乙酸铜、乙酸锶、乙酸钙或乙酸锰；所述钒化合物为钒酸钠、偏钒酸铵、偏钒酸钠、偏钒酸钾、氧化钒或氯化钒；所述氧化锗、乙酸盐及钒化合物的量不大于水重量的20%；所述钒掺杂锗酸盐纳米线中钒的掺杂质量百分比为0.1-10%。

本发明的科学原理如下：

氧化锗在水中与水反应形成锗酸，锗酸与乙酸盐（乙酸铜、乙酸锶、乙酸钙、乙酸锰）在一定温度下通过水热反应形成锗酸盐纳米线，在锗酸盐纳米线形成的过程中，钒化合物（钒酸钠、偏钒酸铵、偏钒酸钠、偏钒酸钾、氧化钒、氯化钒）进入锗酸盐纳米线内，从而形成了钒掺杂锗酸盐纳米线。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

1、与锗酸盐纳米线相比，钒掺杂锗酸盐纳米线的禁带宽度变小，可以吸收可见光，提高其可见光光催化降解有机污染物能力；

2、钒掺杂锗酸盐纳米线具有尺寸小、比表面积大等特点，在可见光作用下，钒掺杂锗酸盐纳米线的表面通过光催化反应产生的高活性氧化还原电子对亚甲基蓝、龙胆紫及罗丹明B等环境污染物具有有效的分解作用。涂层表面的有机污染物在可见光作用下通过钒掺杂锗酸盐纳米线的光催化作用产生分解，从而使涂层具有良好的自清洁功能；

3、本发明钒掺杂锗酸盐纳米线在工业废水处理、环保自清洁性涂料、自清洁玻璃方面具有良好的应用潜力。

附图说明

图1为实施例1所制备的钒掺杂锗酸铜纳米线的扫描电子显微镜（SEM）图像。

从图中可以看出钒掺杂锗酸铜纳米线的表面光滑，长度达数十微米，直径约100nm。

图2为实施例3所制备的钒掺杂锗酸锶纳米线的SEM图像。

从图中可以看出钒掺杂锗酸锶纳米线的表面光滑，长度达数十微米，直径约80nm。

图3为实施例5所制备的钒掺杂锗酸钙纳米线的SEM图像。

从图中可以看出钒掺杂锗酸钙纳米线的表面光滑，长度达数十微米，直径约60nm。

图4为实施例7所制备的钒掺杂锗酸锰纳米线的SEM图像。

从图中可以看出钒掺杂锗酸锰纳米线的表面光滑，长度约十微米，直径约50nm。

具体实施方式

实施例1：将氧化锗、乙酸铜、钒酸钠与水均匀混合后置入反应容器内并密封，其中钒在锗酸铜中的质量百分比为5%，氧化锗与乙酸铜的摩尔比为1:1，氧化锗、乙酸铜及钒酸钠的量为水重量的10%。然后在温度180℃保温24h，最终得到了浅蓝色絮状钒掺杂锗酸铜纳米线。

实施例2：将氧化锗、乙酸铜、氯化钒与水均匀混合后置入反应容器内并密封，其中钒在锗酸铜中的质量百分比为3%，氧化锗与乙酸铜的摩尔比为1:1，氧化锗、乙酸铜及氯化钒的量为水重量的5%。然后在温度180℃保温12h，最终得到了浅蓝色絮状钒掺杂锗酸铜纳米线。