一种铽离子掺杂上转换纳米材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于发光材料技术领域，具体涉及一种红光发射的铽离子掺杂Ho

【技术实现步骤摘要】
一种铽离子掺杂上转换纳米材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于发光材料
，具体涉及一种红光发射的铽离子掺杂Ho
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基上转换纳米材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]上转换发光又称反斯托克斯发光，是指通过多光子吸收，将波长较长的激发光转换为波长较短的发射光的过程。上转换纳米材料具有发射带窄、发射能级丰富、化学稳定性高、毒性低等优点，在生物医学成像、防伪、荧光编码标签、超分辨纳米显微镜等方面拥有广泛的应用前景。而在可见光范围内，红光(600
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700nm)由于波长较长而具有较强的生物组织穿透性，被誉为“光学窗口”。此外，Ho
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离子作为一种优异的激活离子，其上转换红光发射在生物医学领域具有突出表现。然而，Ho
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基材料的最大问题是高浓度的Ho
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掺杂而引发的荧光猝灭。除此之外，较大的尺寸也限制其在生物领域的应用。因此，如何开发出一种小尺寸的Ho
3+
基上转换红光发射纳米材料，是当前发光材料
的一大难题。

技术实现思路

[0003]为了克服现有技术的缺点和不足，本专利技术的首要目的在于提供一种铽离子掺杂上转换纳米材料，该材料为红光发射的铽离子掺杂Ho
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基上转换纳米材料。该纳米材料平均尺寸为10.21nm，属于核
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壳
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壳
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壳结构设计，即NaHoF4@NaYF4:xTb@NaYbF4:yTb@NaYF4，该结构设计依次利用Tb
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的能量迁移以及Tb
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对Ho
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的界面能量传递，最终获得Ho
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基上转换红光发射。
[0004]本专利技术的另一目的在于提供上述铽离子掺杂上转换纳米材料的制备方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种铽离子掺杂上转换纳米材料，其化学表达式为NaHoF4@NaYF4:xTb@NaYbF4:yTb@NaYF4，即以NaHoF4为核层，在其外依次包覆NaYF4:xTb壳层、NaYbF4:yTb壳层和NaYF4钝化层；
[0007]其中，x＝Tb/(Tb+Y)摩尔浓度；y＝Tb/(Tb+Yb)摩尔浓度。
[0008]优选的，所述的x取值为73.5～76.5％。
[0009]更优选的，所述的x取值为75％。
[0010]优选的，所述的y取值为28.5～31.5％。
[0011]更优选的，所述的y的取值为30％。
[0012]优选的，所述的上转换纳米材料的粒径为8.5～12.5nm。
[0013]更优选的，所述的上转换纳米材料的粒径为10.21nm。
[0014]本专利技术进一步提供上述铽离子掺杂上转换纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
[0015](1)NaHoF4核层的制备：将油酸和十八烯混合搅拌均匀，随后加入氯化钬溶液，混合搅拌均匀，紧接着升温去除水分，再高温反应生成稀土
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油酸螯合物，降至常温后，加入氢氧化钠和氟化铵的甲醇溶液并搅拌，升温去除多余的甲醇，并在氩气的保护下进行高温反
应，最后将反应后的浑浊液洗涤和离心，得到白色沉淀，即得到核层NaHoF4纳米颗粒；
[0016](2)NaYF4:xTb壳层包覆：将油酸、十八烯、钇
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油酸螯合物和铽
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油酸螯合物混合搅拌均匀，随后添加步骤(1)制备的核层NaHoF4纳米颗粒，然后加入氢氧化钠和氟化铵的甲醇溶液并搅拌，升温去除多余的甲醇，并在氩气的保护下进行高温反应，随后自然冷却即得包含NaHoF4@NaYF4:xTb核
‑
壳结构纳米颗粒的反应溶液；
[0017](3)NaYbF4:yTb壳层包覆：将镱
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油酸螯合物和铽
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油酸螯合物加入上述步骤(2)的反应溶液中，并搅拌均匀；然后加入氢氧化钠和氟化铵的甲醇溶液并搅拌，升温去除多余的甲醇，并在氩气的保护下进行高温反应，随后自然冷却即得包含NaHoF4@NaYF4:xTb@NaYbF4:yTb核
‑
壳
‑
壳结构纳米颗粒的反应溶液；
[0018](4)NaYF4钝化层包覆：将钇
‑
油酸螯合物加入上述步骤(3)的反应溶液中，并搅拌均匀；然后加入氢氧化钠和氟化铵的甲醇溶液并搅拌，升温去除多余的甲醇，并在氩气的保护下进行高温反应，最后将反应后的浑浊液洗涤和离心，即得到所述的铽离子掺杂上转换纳米材料。
[0019]优选的，步骤(1)得到核层NaHoF4纳米颗粒和步骤(4)中得到的铽离子掺杂上转换纳米材料在使用前需保存于环己烷中。
[0020]优选的，步骤(1)中所述的油酸和十八烯的体积比为0.68:1～0.82:1。
[0021]更优选的，步骤(1)中所述的油酸和十八烯的体积比为0.75:1。
[0022]优选的，步骤(1)中所述的氯化钬溶液的浓度为0.85～1.15mol
·
L
‑1。
[0023]更优选的，步骤(1)中所述的氯化钬溶液的浓度为1mol
·
L
‑1。
[0024]优选的，步骤(1)中所述的油酸和氯化钬溶液的体积比为13:1～17:1。
[0025]优选的，步骤(1)中所述的油酸和氯化钬溶液的体积比为15:1。
[0026]优选的，步骤(1)中所述的升温去除水分的温度为98～112℃。
[0027]更优选的，步骤(1)中所述的升温去除水分的温度为105℃。
[0028]优选的，步骤(1)中所述的高温反应生成稀土
‑
油酸螯合物的条件为在148～152℃下反应30～50min。
[0029]更优选的，步骤(1)中所述的高温反应生成稀土
‑
油酸螯合物的条件为在150℃下反应40min。
[0030]优选的，步骤(1)中所述的氢氧化钠和氟化铵的甲醇溶液中，氢氧化钠的浓度为0.23～0.27mol/L。
[0031]更优选的，步骤(1)中所述的氢氧化钠和氟化铵的甲醇溶液中，氢氧化钠的浓度为0.25mol/L。
[0032]优选的，步骤(1)中所述的氢氧化钠和氟化铵的甲醇溶液中，氟化铵的浓度为0.39～0.41mol/L。
[0033]更优选的，步骤(1)中所述的氢氧化钠和氟化铵的甲醇溶液中，氟化铵的浓度为0.4mol/L。
[0034]优选的，步骤(1)中所述的氯化钬溶液与氢氧化钠和氟化铵的甲醇溶液的体积比为1:8～1:12。
[0035]更优选的，步骤(1)中所述的氯化钬溶液与氢氧化钠和氟化铵的甲醇溶液的体积比为1:10。
[0036]优选的，步骤(2)和步骤(3)中所述的铽
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油酸螯合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铽离子掺杂上转换纳米材料，其特征在于：其化学表达式为NaHoF4@NaYF4:xTb@NaYbF4:yTb@NaYF4，即以NaHoF4为核层，在其外依次包覆NaYF4:xTb壳层、NaYbF4:yTb壳层和NaYF4钝化层；其中，x＝Tb/(Tb+Y)摩尔浓度；y＝Tb/(Tb+Yb)摩尔浓度。2.根据权利要求1所述的铽离子掺杂上转换纳米材料，其特征在于：所述的x取值为73.5～76.5％；所述的y取值为28.5～31.5％。3.根据权利要求2所述的铽离子掺杂上转换纳米材料，其特征在于：所述的x取值为75％；所述的y的取值为30％。4.根据权利要求1～3任一项所述的铽离子掺杂上转换纳米材料，其特征在于：所述的上转换纳米材料的粒径为8.5～12.5nm。5.权利要求1～4任一项所述的铽离子掺杂上转换纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)NaHoF4核层的制备：将油酸和十八烯混合搅拌均匀，随后加入氯化钬溶液，混合搅拌均匀，紧接着升温去除水分，再高温反应生成稀土
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油酸螯合物，降至常温后，加入氢氧化钠和氟化铵的甲醇溶液并搅拌，升温去除多余的甲醇，并在氩气的保护下进行高温反应，最后将反应后的浑浊液洗涤和离心，得到白色沉淀，即得到核层NaHoF4纳米颗粒；(2)NaYF4:xTb壳层包覆：将油酸、十八烯、钇
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油酸螯合物和铽
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油酸螯合物混合搅拌均匀，随后添加步骤(1)制备的核层NaHoF4纳米颗粒，然后加入氢氧化钠和氟化铵的甲醇溶液并搅拌，升温去除多余的甲醇，并在氩气的保护下进行高温反应，随后自然冷却即得包含NaHoF4@NaYF4:xTb核
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壳结构纳米颗粒的反应溶液；(3)NaYbF4:yTb壳层包覆：将镱
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油酸螯合物和铽
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油酸螯合物加入上述步骤(2)的反应溶液中，并搅拌均匀；然后加入氢氧化钠和氟化铵的甲醇溶液并搅拌，升温去除多余的甲醇，并在氩气的保护下进行高温反应，随后自然冷却即得包含NaHoF4@NaYF4:xTb@NaYbF4:yTb核
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壳
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壳结构纳米颗粒的反应溶液；(4)NaYF4钝化层包覆：将钇
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油酸螯合物加入上述步骤(3)的反应溶液中，并搅拌均匀；然后加入氢氧化钠和氟化铵的甲醇溶液并搅拌，升温去除多余的甲醇，并在氩气的保护下进行高温反应，最后将反应后的浑浊液洗涤和离心，即得到所述的铽离子掺杂上转换纳米材料。6.根据权利要求5所述的铽离子掺杂上转换纳米材料，其特征在于：步骤(1)中所述的高温反应生成稀土
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油酸螯合物的条件为在148～152℃下反应30～50min；步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)和步骤(4)中所述的高温反应的条件为在278～282℃下反应0.98～1.02h。7.根据权利要求5所述的铽离子掺杂上转换纳米材料，其特征在于：步骤(2)中所述的核层NaHoF4纳米颗粒与钇
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油酸螯合物的摩尔比为1:0.2～1:0.3；步骤(3)中所述的铽
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油酸螯合物与步骤(2)中所述的核层NaHoF4纳米颗粒的摩尔比为0.1:1～0.5:1；
步骤(4)中所述的钇
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油酸螯合物与步骤(2)中所述的核层NaHoF4纳米颗粒的摩尔比为0.8:1～1.2:1。8.根据权利要求5所述的铽离子掺杂上转换纳米材料，其特征在于：步骤(1)中所述的油酸和十八烯的体积比为0.68:1～0.82:1；步骤(1)中所述的氯化钬溶液的浓度为0.85～1.15mol
·
L
‑1；步骤(1)中所述的油酸和氯化钬溶液的体积比为13:1～17:1；步骤(1)中所述的氢氧化钠和氟化铵的甲醇溶液中，氢氧化钠的浓度为0.23～0.27mol/L；步骤(1)中所述的氢氧化钠和氟化铵的甲醇溶液中，氟化铵的浓度为0.39～0.41mol/L；步骤(1)中所述的氯化钬溶液与氢氧化钠和氟化铵的甲醇溶液的体积比为1:8～1:12；步骤(2)和步骤(3)中所述的铽
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【专利技术属性】
技术研发人员：林浩，郑雪刚，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：