中國儲能網(wǎng)訊：Ge系列納米材料是無機半導體納米材料的重要組成部分，其在能量轉換與存儲領域具有非常重要的應用。課題組針對Ge系列納米材料的制備及其能量轉換與存儲性能展開研究并取得系列進展。以高效率、低成本為指導思想，設計制備了Ge系列的無機半導體納米材料，如Ge納米晶、Ge@C/石墨烯納米復合材料、GeSe納米晶、Cu2ZnGeSe4納米晶和PbS量子點，并研究了其在能量轉換與存儲方面的應用。
研究人員利用簡單經(jīng)濟的液相合成法，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物前驅(qū)體和強的還原性試劑。基于所制備的Ge納米晶與P3HT共混構筑了有機-無機雜化的光電探測器。對器件的光電性能進行了測試，研究表明該器件表現(xiàn)出明顯的光開關性能，開關比高于100（如圖7）。同時器件多次循環(huán)后仍能保持良好的光響應特性，具有很好的穩(wěn)定性。（來源：中國科學院分子納米結構與納米技術重點實驗室）
圖7 Ge納米晶的高分辨透射電鏡圖及器件光電開關比
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，基于單個GeSe納米片構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)出明顯的光響應性能，但是光開關比卻有不同。相同測試條件下，層間器件的光開關比是層內(nèi)器件的3.5倍，從而顯示了顯著的光響應各向異性。該光響應各向異性正是由于GeSe的層狀晶體結構所造成的。相關文章發(fā)表在Adv. Mater.（2012, 24, 4528–4533.）上。
另一方面，Ge是一種非常有應用前景的高比容量鋰離子電池負極材料，但是Ge材料在脫、嵌鋰循環(huán)過程中要經(jīng)歷嚴重的體積膨脹和收縮從而使其循環(huán)性能較差。針對Ge材料的上述問題，研究人員基于碳包覆和石墨烯對Ge基材料的雙重保護設計理念，通過構筑Ge@C/石墨烯納米復合材料解決了Ge基材料的電化學儲鋰問題。與未添加石墨烯的Ge@C納米顆粒相比，合成出的Ge@C/石墨烯納米復合負極材料表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)性能及倍率性能。在該復合體系中，采用的納米尺寸的Ge顆粒、碳包覆層以及高導電性石墨烯的添加（如圖8）均有效的提高了其電化學性能，從而提高了Ge的循環(huán)性能和高倍率性能。相關文章發(fā)表在J. Am. Chem. Soc.(2012, 134, 2512–2515.)上。
圖8 Ge@C/石墨烯納米復合負極材料合成路線
