中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：Ge系列納米材料是無機(jī)半導(dǎo)體納米材料的重要組成部分，其在能量轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)領(lǐng)域具有非常重要的應(yīng)用。課題組針對(duì)Ge系列納米材料的制備及其能量轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)性能展開研究并取得系列進(jìn)展。以高效率、低成本為指導(dǎo)思想，設(shè)計(jì)制備了Ge系列的無機(jī)半導(dǎo)體納米材料，如Ge納米晶、Ge@C/石墨烯納米復(fù)合材料、GeSe納米晶、Cu2ZnGeSe4納米晶和PbS量子點(diǎn)，并研究了其在能量轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)方面的應(yīng)用。
研究人員利用簡單經(jīng)濟(jì)的液相合成法，以GeBr2為原料，制備了Ge納米晶（Adv. Mater., 2011, 23, 3704–3707 ）。該方法綠色環(huán)保、條件溫和，無需使用昂貴的金屬有機(jī)物前驅(qū)體和強(qiáng)的還原性試劑?；谒苽涞腉e納米晶與P3HT共混構(gòu)筑了有機(jī)-無機(jī)雜化的光電探測器。對(duì)器件的光電性能進(jìn)行了測試，研究表明該器件表現(xiàn)出明顯的光開關(guān)性能，開關(guān)比高于100（如圖7）。同時(shí)器件多次循環(huán)后仍能保持良好的光響應(yīng)特性，具有很好的穩(wěn)定性。（來源：中國科學(xué)院分子納米結(jié)構(gòu)與納米技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）
圖7 Ge納米晶的高分辨透射電鏡圖及器件光電開關(guān)比
此外，利用一種簡單的液相合成法，制備了高質(zhì)量的GeSe納米片。通過微操作技術(shù)，基于單個(gè)GeSe納米片構(gòu)筑了兩種不同類型的光電探測器，分別為研究層內(nèi)光電性能的層內(nèi)器件和層間光電性能的層間器件。通過對(duì)這兩類器件的光電性能測試發(fā)現(xiàn)，二者均表現(xiàn)出明顯的光響應(yīng)性能，但是光開關(guān)比卻有不同。相同測試條件下，層間器件的光開關(guān)比是層內(nèi)器件的3.5倍，從而顯示了顯著的光響應(yīng)各向異性。該光響應(yīng)各向異性正是由于GeSe的層狀晶體結(jié)構(gòu)所造成的。相關(guān)文章發(fā)表在Adv. Mater.（2012, 24, 4528–4533.）上。
另一方面，Ge是一種非常有應(yīng)用前景的高比容量鋰離子電池負(fù)極材料，但是Ge材料在脫、嵌鋰循環(huán)過程中要經(jīng)歷嚴(yán)重的體積膨脹和收縮從而使其循環(huán)性能較差。針對(duì)Ge材料的上述問題，研究人員基于碳包覆和石墨烯對(duì)Ge基材料的雙重保護(hù)設(shè)計(jì)理念，通過構(gòu)筑Ge@C/石墨烯納米復(fù)合材料解決了Ge基材料的電化學(xué)儲(chǔ)鋰問題。與未添加石墨烯的Ge@C納米顆粒相比，合成出的Ge@C/石墨烯納米復(fù)合負(fù)極材料表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)性能及倍率性能。在該復(fù)合體系中，采用的納米尺寸的Ge顆粒、碳包覆層以及高導(dǎo)電性石墨烯的添加（如圖8）均有效的提高了其電化學(xué)性能，從而提高了Ge的循環(huán)性能和高倍率性能。相關(guān)文章發(fā)表在J. Am. Chem. Soc.(2012, 134, 2512–2515.)上。
圖8 Ge@C/石墨烯納米復(fù)合負(fù)極材料合成路線
