稀土杂化纳米发光材料的合成及性质研究

• 作 者: 王学敏
• 出 处: 吉林大学
• 发表日期: 2013年期
• 关键词: 稀土 荧光 纳米材料 杂化 能量转移

纳米杂化材料因其独特的性能优势，逐渐发展为超越传统材料的新型材料，在光电、通信、生物、医药、仿生等领域表现出极大的应用价值。稀土发光的杂化纳米材料具有优异的发光性能，长荧光寿命，在照明、生物成像、荧光标记等领域都有重要的应用前景，已成为科学研究的一个热点。本论文主要研究了在可见光区和近红外区发光的两种杂化的稀土发光纳米材料，分别合成了两种杂化材料并对其性质特别是荧光性质进行了研究，结论如下：（一）通过简单的自掺杂方法将大量的Ce³⁺离子引入水热合成的CeO₂:Tb³⁺纳米粒子中，制备出新的荧光杂化材料：CeO₂:Tb³⁺,Ce³⁺纳米粒子。该纳米粒子具有大小均一的尺寸，粒径约30nm，粒径分布窄，在溶液中有较好的分散性、良好的光稳定性、长的荧光寿命，针对这些性质可以进一步研究其在生物成像、标记中的应用。根据TEM，氮气吸附脱附测试等一系列测试结果表明，CeO₂:Tb³⁺,Ce³⁺纳米粒子的形成过程为：溶液中首先形成了CeO₂:Tb³⁺的小的纳米晶，这些小的纳米晶再次组装形成了粒径约为30nm CeO₂:Tb³⁺的纳米粒子。在酸性条件下，经过抗坏血酸作用，CeO₂:Tb³⁺的纳米粒子中大部分Ce⁴⁺被还原为Ce³⁺，在紫外光激发下，表现出Tb的特征发射。高比例的Ce³⁺/Ce⁴⁺,有利于Ce³⁺到Tb³⁺能量转移。（二）我们实现了对纳米粒子的可控合成，通过控制加入抗坏血酸的量合成发光强度不同的CeO₂:Tb³⁺,Ce³⁺纳米粒子。CeO₂:Tb³⁺,Ce³⁺纳米粒子的荧光可以被活性氧化物H₂O₂淬灭，并且H₂O₂浓度不同，淬灭程度也不同。被淬灭荧光的纳米粒子再次被抗坏血酸还原后恢复了之前强的荧光。纳米粒子中Ce³⁺和Ce⁴⁺来回转化，对Ce³⁺到Tb³⁺能量转移分别起到了促进和抑制作用。该氧化还原的过程可以反复多次，表明CeO₂:Tb³⁺,Ce³⁺纳米粒子可以反复使用，为其实际应用提供了可能。（三）我们还成功地合成了具有近红外发光性质的氧化石墨烯杂化材料ErQ₃/GO，NdQ₃/GO，YbQ₃/GO （Q=8-hydroxyquinoline, GO=grapheme oxide）。这种杂化材料在近红外区具有稀土的特征荧光发射性质，并且表面富有羟基，羧基等官能团的层片状的氧化石墨烯，极大的增加了杂化材料在溶液中的分散性以及生物相容性，使得该杂化材料在生物成像方面有着潜在应用价值。近红外区的发光与可见光区的发光相比，具有高的透过率、低散射、不受生物组织本身荧光的影响等特点，而近红外发光的稀土配合物因其发光带宽窄、发光性质不易受环境影响、荧光寿命长等特点，使得其在生物成像，临床诊断等领域更有着优越的应用前景。