中国储能网讯：Ge系列纳米材料是无机半导体纳米材料的重要组成部分，其在能量转换与存储领域具有非常重要的应用。课题组针对Ge系列纳米材料的制备及其能量转换与存储性能展开研究并取得系列进展。以高效率、低成本为指导思想，设计制备了Ge系列的无机半导体纳米材料，如Ge纳米晶、Ge@C/石墨烯纳米复合材料、GeSe纳米晶、Cu2ZnGeSe4纳米晶和PbS量子点，并研究了其在能量转换与存储方面的应用。

研究人员利用简单经济的液相合成法，以GeBr2为原料，制备了Ge纳米晶（Adv. Mater., 2011, 23, 3704–3707 ）。该方法绿色环保、条件温和，无需使用昂贵的金属有机物前驱体和强的还原性试剂。基于所制备的Ge纳米晶与P3HT共混构筑了有机-无机杂化的光电探测器。对器件的光电性能进行了测试，研究表明该器件表现出明显的光开关性能，开关比高于100（如图7）。同时器件多次循环后仍能保持良好的光响应特性，具有很好的稳定性。（来源：中国科学院分子纳米结构与纳米技术重点实验室）

图7 Ge纳米晶的高分辨透射电镜图及器件光电开关比

此外，利用一种简单的液相合成法，制备了高质量的GeSe纳米片。通过微操作技术，基于单个GeSe纳米片构筑了两种不同类型的光电探测器，分别为研究层内光电性能的层内器件和层间光电性能的层间器件。通过对这两类器件的光电性能测试发现，二者均表现出明显的光响应性能，但是光开关比却有不同。相同测试条件下，层间器件的光开关比是层内器件的3.5倍，从而显示了显著的光响应各向异性。该光响应各向异性正是由于GeSe的层状晶体结构所造成的。相关文章发表在Adv. Mater.（2012, 24, 4528–4533.）上。

另一方面，Ge是一种非常有应用前景的高比容量锂离子电池负极材料，但是Ge材料在脱、嵌锂循环过程中要经历严重的体积膨胀和收缩从而使其循环性能较差。针对Ge材料的上述问题，研究人员基于碳包覆和石墨烯对Ge基材料的双重保护设计理念，通过构筑Ge@C/石墨烯纳米复合材料解决了Ge基材料的电化学储锂问题。与未添加石墨烯的Ge@C纳米颗粒相比，合成出的Ge@C/石墨烯纳米复合负极材料表现出优异的循环性能及倍率性能。在该复合体系中，采用的纳米尺寸的Ge颗粒、碳包覆层以及高导电性石墨烯的添加（如图8）均有效的提高了其电化学性能，从而提高了Ge的循环性能和高倍率性能。相关文章发表在J. Am. Chem. Soc.(2012, 134, 2512–2515.)上。

图8 Ge@C/石墨烯纳米复合负极材料合成路线