[发明专利]一种氟化锗化氢二维材料及制备方法

说明书

本发明公开一种氟化锗化氢二维材料及制备方法，以金属单质锗和钙熔融冷却析出得到层状晶体二锗化钙，与浓盐酸在低温下处理得到层状锗化氢，最后用氟气氟化得到氟化锗化氢材料。本发明技术方案中反应原料易得，过程简便，工艺简单，氟化后材料对氧气耐受性提高，材料制备以及稳定性对比其他类石墨烯二维材料具有显著优势。

技术领域

本发明涉及二维锗基材料的氟化，属于合成技术和二维锗基材料制备技术领域，具体涉及一种氟化锗化氢二维材料及制备方法。

背景技术

二维材料具有超高载流子迁移率、具有狄拉克锥的线性色散关系等优势而在光学、电学和催化等领域具有非常广阔的应用前景，受到了广大研究人员的青睐。然而除了石墨烯以外，由于很多二维材料倾向于sp3杂化，使得sp2杂化的层状二维材料本身对空气、温度等环境因素不稳定，从而影响了材料的实际应用。所以，致力于提高二维材料的稳定性是一个迫切的需要。研究发现对二维材料进行共价修饰能有效提高材料本身的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术，提供一种氟化锗化氢二维材料及制备方法，以制备得到的二维材料锗化氢，与氟气在一定温度下进行反应氟化，氟原子取代氢原子从而得到氟化后的二维材料。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

氟化锗化氢二维材料及制备方法，按照下述步骤进行：

步骤1，在惰性气氛中将金属单质钙和锗以物质的量比例1:2进行配料，置于石英玻璃管内真空封装，加热到950℃—1100℃待配料熔融后，经45—120小时缓慢降温至室温20—25摄氏度，得到二锗化钙；

在步骤1中，惰性气氛为氮气、氦气或者氩气。

在步骤1中，加热温度为1000—1050摄氏度，控制降温速度，以使在60—90小时内降温至室温。

步骤2，将步骤1制备的二锗化钙置于浓盐酸中，在-35℃—-45℃下惰性气氛中处理160—240小时，过滤洗涤干燥后得到锗化氢；

在步骤2中，惰性气氛为氮气、氦气或者氩气。

在步骤2中，处理时间为180—220小时。

在步骤2中，浓盐酸为质量百分数35—37％的氯化氢水溶液。

在步骤2中，在二锗化钙置于浓盐酸中进行处理时，进行搅拌，搅拌速度为每分钟200—300转；为保证二锗化钙的转化，浓盐酸的用量为过量。

步骤3，将步骤2制备的锗化氢与氟气反应，以使氟气氟化得到氟化锗化氢材料，在25℃—60℃反应20—50小时，得到氟化锗化氢。

在步骤3中，优选40—60摄氏度，反应30—45小时。

本发明的二维材料锗化氢与氟气在一定温度下进行反应氟化，得到氟化后的二维材料，如附图中电镜形貌图片可知，氟化锗化氢具有片层状结构，其尺寸大小为100±10nm。以XRD进行表征，如附图1—3所示，与CaGe₂的标准PDF卡片对比，峰位置对应很好，证明锗钙熔融冷却析出产物以CaGe₂存在；图2与图1对比，经浓盐酸处理后CaGe₂晶相消失，新的产物主要沿4个晶面取向；图3与图2对比，氟化以后的产物基本沿着一个晶面高度取向。由图4可知，在2000cm^-1附近有Ge-H的强烈伸缩振动峰，同时在575、480cm^-1附近有Ge-H摇摆振动峰，证明锗氢键存在。如图5所示，氟化锗化氢产物在615cm^-1附近存在强烈Ge-F振动峰，证明有氟取代氢从而与锗成键，形成锗氢键和锗氟键的同时存在。