[发明专利]一种羟基氧化镓纳米晶体的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于IIIA族羟基氧化物纳米材料的制备领域，特别提供了一种新颖、简单、高效的制备羟基氧化镓（GaOOH）纳米晶体的方法。

背景技术

由于其具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应等诸多独特的性质，使得纳米材料在光、电、磁、敏感等诸多方面呈现出一般材料所不具备的特性。因此，近年来纳米材料得到了越来越多的关注与应用。如：在光学材料、电子材料、磁性材料、高致密度材料的烧结、催化、传感、陶瓷增韧等方面都已得到了广泛的应用。

近年来，IIIA族中镓金属的化合物半导体材料在电子、光电子学和电化学等领域已经得到广泛的应用。作为一种重要的半导体材料，氧化镓（Ga₂O₃）禁带宽度Eg=4.9eV，其导电性能和发光特性长期以来一直引起人们的注意。目前，氧化镓已经被广泛地用作气敏传感器(Appl.Surf.Sci.,175,721-5(2001))，紫外光电器件的电极材料以及紫外探测材料（Mater.Lett.57,2292-2297(2003).）和催化剂（J Lumin,87-89,1183-5（2000）.；J.Catal.,203:，87-93（2001）.）。氮化镓是新近发展起来的新型宽禁带半导体材料。它是直接带隙半导体材料，室温下禁带宽度为3.39eV。氮化镓具有热导率高、抗辐射能力强和高温化学稳定性好等特点,它在光电子器件如高功率微波放大器(Phys.Status.Solidi.A201,2712(2004).:J.Appl.Phys.97,091101(2005).;J.Appl.Phys.45,L1084(2006).;Phys.Status.Solidi.A204,221(2007).)，蓝光、紫外、紫光等光发射二极管（LEDs）和激光二极管（LDs）方面有着重要的应用（J.Appl.Phys.45,7565(2006).;Proc.IEEE.96,287(2008).）。由于氧化镓和氮化镓的形貌和尺寸会大大影响其性能，因此近年来的大量研究工作都旨在合成具有一定规则形貌和规则尺寸的氧化镓及氮化镓晶体。但现如今的大部分氧化镓和氮化镓的合成方法都存在产量低、纯度不高，纳米线中存在缺陷等等诸多缺点，这些都会在一定程度上限制其在纳米器件中的各种应用。经过大量的实验研究，最近人们发现，在发展的众多制备氧化镓以及氮化镓晶体的方法中，通过前驱物GaOOH的热处理来制备氧化镓和氮化镓，是一种简便易行又高效的途径。因此，该方法可以通过控制合成GaOOH晶体的形貌和尺寸来间接的控制氧化镓和氮化镓晶体的形貌和尺寸。

近年来，由于实验条件和技术手段的限制，GaOOH的制备工作并没有高效的进展，大部分工作都集中于GaCl₃的水解方法来合成GaOOH，并在过程中调节溶液的pH值来抑制水解并最终控制其生长的GaOOH形貌和尺寸（J.Cryst.Growth.280,99-1062005.;J.Cryst.Growth.8(4),1282-1287(2008).），步骤极其繁琐；并且由于GaCl₃在空气中极易水解，因此制备过程需要在极高的真空环境下完成，条件要求非常苛刻，制备的样品产量也很低；同时，通过对之前的文献研究得知，在合成GaOOH时无一例外的选择水来提供反应时所需要的羟基，这对于GaCl₃这个遇水急速反应的物质来说，在对控制GaOOH的形貌和尺寸方面造成了更多的难题。

利用醇解反应的方法制备GaOOH（羟基氧化镓）纳米晶体和GaOOH（羟基氧化镓）纳米刷晶体的报道还尚未出现。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服了以往制备方法中的诸多限制，设计了一种制备GaOOH（羟基氧化镓）纳米晶体的新方法，该方法简单易行、重复性好、成本低廉、无需调节pH值、无需真空环境；制备出的GaOOH纳米晶体的产量丰富、纯度高。本发明要解决的技术问题还在于公开一种GaOOH纳米晶体的新形貌——纳米刷。

本发明具体技术方案如下：

一种羟基氧化镓纳米晶体的制备方法，以氯化镓、苯和甲醇为原料，首先配制氯化镓的苯饱和溶液，再加入氯化镓苯饱和溶液体积8倍的苯进行稀释，得到稀释液；在超声条件下向稀释液中滴加甲醇，甲醇的用量为氯化镓苯饱和溶液体积的16~17倍；滴加完毕停止超声，再密封加热反应，反应温度为160~200℃，反应时间为12~48h；反应后的液体降至室温，丙酮清洗，将沉淀烘干收集，得到白色粉末状的羟基氧化镓纳米晶体。