上转换发光基质——氟化钇钠纳米粒子的水相合成及形成机理

摘要

上转换荧光材料是在长波长的激发下，发出短波长光的一类荧光材料。它们大多属于稀土掺杂的无机材料，如镱、铒共掺杂的氟化钇、氟化钇钠、氟化镧等。上转换荧光纳米材料在980nm红外光激发下，能发出不同颜色的可见光。上转换纳米发光材料用作荧光材料探针，干扰小，检测灵敏度高，是一种很有前途的生物分子标记探针。迄今为止，NaYF4为基质，Yb，Er共掺杂的NaYF4：Yb，Er是发光效率最高的上转换荧光材料。该材料在生物和医药上的潜在应用吸引了诸多科学家的兴趣。作为生物分子荧光标记材料，需要材料本身粒径小、颗粒分布均匀，且发光效率高。考虑到实际应用中，掺杂后的发光材料大小主要由基质材料的原始颗粒大小所决定，因此如果能够制备出粒径更小，且分布均匀的基质材料，对其进一步用于生物分子标记探针的研究具有一定的意义。 基于稀土元素的相似性，本课题对水相中未掺杂的NaYF4基质材料的形成机理及反应影响因素展开研究，具体研究内容及结果如下： (1)通过研究反应时间进程及种晶效应对合成NaYF4纳米颗粒的影响，分析得出水相中合成的NaYF4纳米晶粒子遵循聚集生长模型，而不是LaMer模型。 (2)研究了反应物、pH值、络合剂EDTA等反应因素对合成NaYF4纳米晶的影响。发现由Y(ClO4)3合成的NaYF4颗粒尺寸较YCl3制备的NaYF4纳米晶小很多；水相体系pH值在4—10范围内，NaYF4纳米颗粒的粒径基本保持不变：对于形成较小的颗粒而言，络合剂与钇离子的摩尔比及氟离子的浓度都要选择一个最佳值。本实验在[EDTA]：[Y3+]=1及[NaF]=0.5mol/L条件下，由Y(ClO4)3合成了30nm的NaYF4纳米材料。 (3)在EDTA、Na—NTA、Na—Citrate等络合剂存在条件下分别合成了NaYF4纳米晶。粒径约为12nm的小颗粒由0.12mol/L的Na—Citrate制备而成。由此，对比讨论了羟羧基络合剂与氨羧基络合剂在NaYF4纳米材料合成中的作用。 (4)在浓度为0.12mol/L的Na—Citrate存在条件下，合成了以NaYF4为基质，Yb，Er掺杂的纳米上转换发光材料，其颗粒大小约为10nm。

目录

文摘

英文文摘

声明

序言

第一章文献综述

1.1稀土元素的特性

1.1.1稀土元素的基本性质

1.1.2稀土元素的化学性质

1.1.3稀土元素的光学性质

1.2稀土荧光材料

1.2.1稀土发光的原理

1.2.2稀土发光材料的分类

1.3上转换发光材料

1.3.1稀土离子上转换发光机制

1.3.2一些热门的上转换材料

1.4上转换稀土纳米材料的发展和应用

1.5纳米稀土发光材料的制备方法

1.6水相中颗粒形成的一般规律

1.6.1非聚集生长模型

1.6.2聚集生长模型

1.7本课题研究的目的和意义

第二章实验部分

2.1实验基础

2.1.1试剂与仪器

2.1.2表征手段

2.2由YCl3合成NaYF4纳米材料

2.2.1未添加络合剂的NaYF4合成方法

2.2.2添加络合剂EDTA的NaYF4合成方法

2.2.3 NaYF4纳米晶的表征

2.3由Y(ClO4)3合成NaYF4纳米材料

2.3.1 NaYF4纳米晶合成方法

2.3.2 NaYF4纳米晶的表征

2.4反应时间对合成NaYF4纳米晶的影响研究

2.4.1研究方法

2.4.2研究结果表征

2.5种晶效应对合成NaYF4纳米晶的影响研究

2.5.1种晶效应

2.5.2研究方法

2.5.3研究结果表征

2.6反应物浓度对合成NaYF4纳米晶的影响研究

2.6.1 YCl3浓度对合成NaYF4纳米晶的影响研究

2.6.2 NaF浓度对合成NaYF4纳米晶的影响研究

2.7 pH值对合成NaYF4纳米晶的影响研究

2.8络合剂对合成NaYE4纳米晶的影响研究

2.8.1几种常用络合剂对合成NaYF4纳米晶的影响研究

2.8.2氨羧类络合剂与羟羧类络合剂对合成NaYF4纳米晶影响的对比研究

2.8.3初探羟羧类络合剂对合成其它稀土氟化物纳米晶的作用

2.9粒径约10纳米的NaYE4上转换基质材料的合成

2.9.1合成方法及表征

2.9.2 pH值对此NaYF4合成方法的影响研究

2.10稀士掺杂的氟化钇钠上转换纳米材料的合成

第三章结果与讨论

3.1对比研究反应物YCl3及Y(ClO4)3对合成NaYF4纳米晶的影响

3.2水相中NaYF4纳米晶粒子形成机理的研究

3.3反应物浓度对合成NaYF4纳米晶的影响研究

3.4 pH值对合成NaYF4纳米晶的影响研究

3.5络合剂对合成NaYF4纳米晶的影响研究

3.5.1常用络合剂对合成NaYR纳米晶影响的研究

3.5.2氨羧类络合剂与羟羧类络合剂对合成NaYF4纳米品影响的对比研究

3.6稀土掺杂的氟化钇钠上转换纳米材料的合成

第四章结论与展望

4.1本课题取得的成果

4.2展望

参考文献

论文发表情况

致 谢