一种表面等离子体共振调控上转换发光的半导体纳米材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于上转换发光材料技术领域，具体涉及一种表面等离子体共振调控上转换发光的半导体纳米材料及其制备方法和应用。本发明专利技术在硝酸酸化环境下以乙醇作为还原剂，通过水热法制备得到一种半导体纳米材料，所述半导体纳米材料为氧空位掺杂的表面等离子体钨酸铋，尺寸为10～100nm，氧空位掺杂可以有效提高自由电子浓度，在可见

【技术实现步骤摘要】
一种表面等离子体共振调控上转换发光的半导体纳米材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于上转换发光材料
，具体涉及一种表面等离子体共振调控上转换发光的半导体纳米材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]稀土上转换荧光技术因其具有独特的反斯托克斯光学性质、化学稳定性高、荧光寿命长、对生物组织无损伤等诸多优点而在荧光标记、生物成像、太阳能电池、近红外探测等领域有着重要的应用。当前，稀土上转换纳米材料普遍发光效率低，且稀土元素的多能级结构导致荧光光谱多峰，从而限制了其实际应用。虽然贵金属表面等离子体共振可以有效调控上转换纳米材料的发光，但其制备工艺复杂、成本高昂，导致规模化量产受到严重制约。有研究发现，通过氧空位掺杂工艺制备半导体材料，也可以产生表面等离子体共振效应。然而，目前报道的半导体表面等离子体共振效应普遍微弱，对上转换荧光的调控(荧光的选择性增强)效果不佳。

技术实现思路

[0003]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种表面等离子体钨酸铋纳米材料，所述表面等离子体钨酸铋纳米材料采用水热法制备得到，且具有显著的表面等离子体吸收特性，可有效调控上转换荧光，利用钨酸铋表面等离子体共振的局域场增强和光热效应协同实现上转换荧光波长的选择性增强。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：
[0005]本专利技术提供了一种表面等离子体钨酸铋纳米材料，所述钨酸铋纳米材料的尺寸为10～100nm，氧空位占比8％
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14％，表面Zeta电势为
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10～
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30mV，在可见
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近红外光区(波长600
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1300nm)具有显著的宽谱吸收。
[0006]本专利技术还提供了一种表面等离子体钨酸铋纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1、将硝酸溶液加入五水合硝酸铋溶液中制成溶液A；
[0008]S2、将钨酸钠溶液加入到步骤S1的溶液A中制成混合溶液B；
[0009]S3、步骤S2的混合溶液B经过水热反应后制备得到产物C，产物C经洗涤、离心和干燥后制备得到表面等离子体钨酸铋纳米材料。
[0010]优选地，所述硝酸溶液为硝酸水溶液，质量浓度为60％
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70％；所述五水合硝酸铋溶液为五水合硝酸铋乙醇溶液，浓度为20～50mmol/L；所述硝酸溶液与五水合硝酸铋溶液的体积比为1:2～1:8。
[0011]优选地，所述钨酸钠溶液为钨酸钠水溶液，浓度为20～50mmol/L；所述溶液A与钨酸钠溶液的体积比为0.5:1～2:1。
[0012]优选地，所述水热反应的温度为160～180℃，时间为6～10h。
[0013]优选地，所述离心的转速为6000～9000转/分钟，时间为10分钟。
[0014]优选地，所述干燥的方式为真空干燥。进一步地，所述真空干燥的温度为50～80℃，时间为10～14小时。
[0015]优选地，产物C依次采用去离子水和乙醇溶液进行洗涤。
[0016]本专利技术所制得的钨酸铋纳米材料为蓝色粉末样品，所得样品材料表面形貌为纳米片状，尺寸为10～200nm，在五价钨原子附近存在氧空位，XPS数据显示五价钨原子含量为8％
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14％(即对应氧空位的含量为8％
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14％)。所得钨酸铋在可见
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近红外光区(600～1300nm)具有显著的表面等离子体共振吸收效应，表面Zeta电势为
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10～
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30mV。
[0017]本专利技术还提供了一种利用表面等离子体钨酸铋纳米材料调控稀土上转换纳米颗粒发光的方法，即采用如下步骤：
[0018]S1、稀土上转换纳米材料表面的氨基修饰。在稀土上转换纳米材料中加入3
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氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)搅拌充分后制成表面修饰有氨基基团的稀土上转换纳米材料。
[0019]S2、将所得氨基修饰的稀土上转换纳米材料与上述的表面等离子体钨酸铋纳米材料一起混合、超声，分散于乙醇溶液中。表面带有负电的钨酸铋与带有正电的上转换纳米材料因静电作用力而紧密结合，从而制得高荧光选择性增强的稀土上转换纳米材料(也称表面等离子体钨酸铋/上转换纳米材料)。
[0020]S3、将连接有980nm激光器的锥形光纤浸入到步骤S2得到的混合溶液后干燥，使钨酸铋/上转换纳米颗粒纳米复合材料均匀沉积在光纤表面，通过光纤波导激发获得选择性增强的上转换荧光。通过光纤波导激发，协同利用等离子体钨酸铋的局域场增强和光热效应，可以实现上转换发光的高效、高选择性增强，可观察到上转换荧光色相从黄色变为绿色，且520nm处的荧光增强达三个数量级。
[0021]优选地，所述稀土上转换纳米材料为商用稀土上转换纳米材料，且激发波长在钨酸铋表面等离子体共振吸收范围600～1300nm之内。
[0022]进一步地，所述稀土上转换纳米材料为激发波长为980nm，且具有核壳结构的NaYF4:Yb,Er上转换纳米颗粒。
[0023]优选地，步骤S1所述稀土上转换纳米材料与APTES的质量体积比为1mg:1μL～1mg:5μL。
[0024]优选地，步骤S2所述表面等离子体钨酸铋纳米材料与表面修饰有氨基基团的稀土上转换纳米材料的质量比为1:0.5～1:5。
[0025]优选地，加入APTES后搅拌10～20小时，在稀土上转换纳米颗粒表面充分修饰氨基基团。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0027]本专利技术公开了一种表面等离子体钨酸铋纳米材料的制备方法，在硝酸酸化环境下以乙醇作为还原剂，通过水热法制备得到一种半导体纳米材料，所述半导体纳米材料为氧空位掺杂的表面等离子体钨酸铋，尺寸为10～100nm，氧空位掺杂可以有效提高自由电子浓度，并在可见
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近红外区(波长600
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1300nm)产生宽谱的显著表面等离子体共振。同时利用等离子体钨酸铋的局域场增强与光热效应之间的协同作用，可以使稀土上转换纳米颗粒的荧光选择性增强高达三个数量级。
附图说明
[0028]图1为等离子体钨酸铋材料的透射电子显微镜图；
[0029]图2为等离子体钨酸铋材料的吸收光谱；
[0030]图3为等离子体钨酸铋材料的X射线光电子能谱；
[0031]图4为钨酸铋/上转换纳米颗粒的透射电子显微镜图；
[0032]图5为钨酸铋/上转换纳米颗粒和上转换纳米颗粒的对比荧光光谱。
具体实施方式
[0033]下面对本专利技术的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本专利技术，但并不构成对本专利技术的限定。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0034]下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种表面等离子体钨酸铋纳米材料，其特征在于，所述钨酸铋纳米材料的尺寸为10～100nm，氧空位占比8％
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14％，表面Zeta电势为
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10～
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30mV，在可见
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近红外光区(波长600
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1300nm)具有显著的宽谱吸收。2.权利要求1所述的表面等离子体钨酸铋纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将硝酸溶液加入五水合硝酸铋溶液中制成溶液A；S2、将钨酸钠溶液加入到步骤S1的溶液A中制成混合溶液B；S3、步骤S2的混合溶液B经过水热反应后制备得到产物C，产物C经洗涤、离心和干燥后制备得到表面等离子体钨酸铋纳米材料。3.根据权利要求2所述的一种表面等离子体钨酸铋纳米材料的制备方法，其特征在于，所述硝酸溶液为硝酸水溶液，质量浓度为60％
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70％；所述五水合硝酸铋溶液为五水合硝酸铋乙醇溶液，浓度为20～50mmol/L；所述硝酸溶液与五水合硝酸铋溶液的体积比为1:2～1:8。4.根据权利要求1所述的一种表面等离子体钨酸铋纳米材料的制备方法，其特征在于，所述钨酸钠溶液为钨酸钠水溶液，浓度为20～50mmol/L；所述溶液A与钨酸钠溶液的体积比为0.5:1～2:1。5.根据权利要求1所述的一种表面等离子体钨酸铋纳米材料的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李娟，娄在祝，刘璐，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：