一种基于鲱鱼精DNA模板制备掺铕磷酸镧多孔纳米棒的方法

摘要

本发明涉及一种基于鲱鱼精DNA模板制备掺铕磷酸镧多孔纳米棒的方法，属于纳米材料制备技术领域。本发明包括三个步骤：(1)配制混合溶液用硝酸溶解Eu

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料制备研究领域，具体说涉及一种基于鲱鱼精DNA模板制备掺铕磷酸镧多孔纳米棒的方法。

背景技术

稀土磷酸盐具有良好的热稳定性和环境稳定性，被广泛用做发光材料基质，其中研究较多的是LaPO₄。铕离子掺杂的磷酸镧纳米发光材料，是一种重要的红色荧光材料，具有广阔的应用前景，已经引起了人们的高度重视。人们已经采用共沉淀法、反相微乳液法、溶胶-凝胶法、水热和溶剂热法、静电纺丝技术等多种方法制备出了多种形貌的LaPO₄:Eu³⁺纳米材料，如纳米粒子、纳米棒、纳米线、纳米薄膜和纳米纤维等。例如，代雪晶等采用草酸盐共沉淀法制备了LaPO₄:Eu³⁺纳米晶(沈阳工业大学学报，2009，31(6)，649-653)；李鹏等采用反相微乳液法制备了LaPO₄纳米粒子(中南民族大学学报：自然科学版，2002，21(3)，19-21)；高锐等采用溶胶-凝胶法制备了LaPO₄:Eu³⁺纳米棒(中国有色金属学报：英文版，2010，20(3)，432-436)；王振领等采用多元醇法制备了LaPO₄纳米粒子(中国稀土学报，2006，24(3)，269-273)；DongXiangting等采用水热法可控合成了LnPO₄(Ln＝La，Gd，Y)纳米晶(Journal of Materials Science：Mater.Electron.，2010，21，38-44)；綦艳等采用凝胶网格法制备了LaPO₄纳米粒子(发光学报，2006，27(3)，397-401)；于立新等采用水热法制备了LaPO₄:Eu³⁺纳米粒子和纳米线(中国稀土学报：英文版，2004，22(1)，57-62)；M.Yu等采用溶胶-凝胶法制备了LaPO₄:Eu³⁺纳米薄膜(Journalof Materials Chemistry，2003，13，1413-1419)；Heike Meyssamy等采用湿化学法制备了LaPO₄:Eu³⁺纳米粒子和纳米纤维(Advannced Materials，1999，11(10)，840-844)；田俐等采用溶剂热法合成了LaPO₄纳米棒(中国发明专利，申请号：200810029502.1)；步文博等利用油酸和油胺作为复合表面活性剂辅助热裂解的方法制备了单分散的稀土掺杂磷酸镧荧光量子点(中国发明专利，申请号：200810200176.6)；王宏志等采用多元醇为溶剂、应用共沉淀法制备了稀土掺杂磷酸镧纳米发光颗粒(中国发明专利，申请号：200710044033.6)；肖秀珍等采用蒸馏水和N，N-二甲基甲酰胺为混合溶剂，将沉淀反应得到的沉淀再进行水热，制备了铕或铽离子掺杂的正磷酸镧纳米发光体(中国发明专利，申请号：200810035855.2)。

以DNA为模板合成无机纳米材料已经成为研究的热点。例如，刘宪华等采用DNA为模板组装了氧化锌纳米链(中国发明专利，申请号：200910229007.X)；徐慧等采用DNA为模板制备了金属纳米导线(中国发明专利，申请号：200810031316.1)；李娜等采用DNA为模板制备了链状氟化钡纳米球(中国发明专利，申请号：200810079482.9)。目前未见应用DNA为模板制备LaPO₄:Eu³⁺多孔纳米棒的相关报道。

本发明采用鲱鱼精DNA为模板，以硝酸镧(La(NO₃)₃·6H₂O)、氧化铕(Eu₂O₃)和磷酸铵((NH₄)₃PO₄)为原料，以去离子水为溶剂，应用水热法，在最佳的实验条件下，制备出了LaPO₄:Eu³⁺多孔纳米棒，在本发明中，掺杂的铕离子的摩尔百分数为5％，标记为LaPO₄:5％Eu³⁺，即本发明所制备的是LaPO₄:5％Eu³⁺多孔纳米棒。

发明内容

在背景技术中的制备LaPO₄:Eu³⁺纳米粒子、纳米棒、纳米线、纳米薄膜和纳米纤维等，采用了共沉淀法、反相微乳液法、溶胶-凝胶法、水热和溶剂热法、静电纺丝技术等；以DNA为模板合成了纳米链、纳米导线和纳米球等形貌的无机纳米材料。背景技术中所使用的模板剂、制备产物的形貌都与本发明的方法不同。本发明采用鲱鱼精DNA为模板，应用水热法，制备出了LaPO₄:5％Eu³⁺多孔纳米棒。

本发明是这样实现的，将鲱鱼精DNA溶于去离子水中，配制一定浓度的鲱鱼精DNA水溶液。用硝酸溶解Eu₂O₃后蒸发得到Eu(NO₃)₃晶体，加入去离子水，得到Eu(NO₃)₃溶液，再加入La(NO₃)₃·6H₂O，得到[La(NO₃)₃+Eu(NO₃)₃]混合溶液，将鲱鱼精DNA水溶液加入到[La(NO₃)₃+Eu(NO₃)₃]混合溶液中，再加入(NH₄)₃PO₄水溶液进行沉淀，将得到的混合物转移到水热反应釜中进行水热处理，之后将沉淀进行离心分离、无水乙醇洗涤和真空干燥处理后，得到LaPO₄:5％Eu³⁺多孔纳米棒。其步骤为：

(1)配制混合溶液

将鲱鱼精DNA溶于去离子水中，配制一定浓度的鲱鱼精DNA水溶液，称取一定量的Eu₂O₃，用硝酸溶解后蒸发得到Eu(NO₃)₃晶体，加入去离子水，得到Eu(NO₃)₃溶液，再加入La(NO₃)₃·6H₂O，得到[La(NO₃)₃+Eu(NO₃)₃]混合溶液，将鲱鱼精DNA水溶液加入到[La(NO₃)₃+Eu(NO₃)₃]混合溶液中，即形成[La(NO₃)₃+Eu(NO₃)₃+鲱鱼精DNA]混合溶液。所述的[La(NO₃)₃+Eu(NO₃)₃+鲱鱼精DNA]混合溶液中La(NO₃)₃与Eu(NO₃)₃的摩尔比为95∶5。

(2)制备LaPO₄:5％Eu³⁺沉淀

向所述的[La(NO₃)₃+Eu(NO₃)₃+鲱鱼精DNA]混合溶液中滴加(NH₄)₃PO₄水溶液，得到LaPO₄:5％Eu³⁺沉淀。

(3)制备LaPO₄:5％Eu³⁺多孔纳米棒

将所述的LaPO₄:5％Eu³⁺沉淀转移到水热反应釜中，于160℃反应12h，将水热后的沉淀进行离心分离，无水乙醇洗三次后，于60℃真空干燥12h，获得LaPO₄:5％Eu³⁺多孔纳米棒，直径20～50nm，长度100～200nm。

在上述过程中所述的LaPO₄:5％Eu³⁺多孔纳米棒具有良好的晶形，直径20～50nm，长度100～200nm，实现了发明目的。

附图说明

图1是LaPO₄:5％Eu³⁺多孔纳米棒的透射电境照片，该图兼作摘要附图；

图2是LaPO₄:5％Eu³⁺多孔纳米棒的X射线衍射谱图；

图3是LaPO₄:5％Eu³⁺多孔纳米棒的激发光谱图；

图4是LaPO₄:5％Eu³⁺多孔纳米棒的发射光谱图。

具体实施方式

本发明所选用的硝酸镧(La(NO₃)₃·6H₂O)、硝酸(HNO₃)、磷酸铵((NH₄)₃PO₄)、鲱鱼精DNA和无水乙醇均为市售分析纯产品，氧化铕(Eu₂O₃)的纯度为99.99％；所用的玻璃仪器和设备是实验室中常用的仪器和设备。

实施例：取0.0623g鲱鱼精DNA，将其于20mL去离子水中，低速搅拌半小时，配制成浓度为3.12mg/mL的DNA溶液。按照La³⁺/Eu³⁺的摩尔比为95∶5，称取0.0350g氧化铕(Eu₂O₃)于烧杯中，加入硝酸与去离子水的体积比为1∶1的硝酸溶液使其完全溶解，缓慢蒸发除去多余的硝酸，待冷却到室温，加入60mL去离子水，得到Eu(NO₃)₃溶液。称取1.732g的La(NO₃)₃·6H₂O，加入到Eu(NO₃)₃溶液中，搅拌使其完全溶解。将制备好的DNA溶液滴加到配制好的La(NO₃)₃与Eu(NO₃)₃的混合溶液中，室温下搅拌24h，使带正电的镧离子和铕离子与DNA上的带负电的磷酸根以及碱基上的N原子充分吸附。称取0.5315g的(NH₄)₃PO₄，并加入20mL去离子水溶解，缓慢滴加到上述混合溶液中，再继续搅拌1h。将此混合物转移到3个50mL带聚四氟乙烯衬里的不锈钢水热反应釜中，于160℃反应12h，自然冷却到室温，离心分离，用无水乙醇洗涤三次后，于60℃真空干燥12h，得到LaPO₄:5％Eu³⁺多孔纳米棒。所述的LaPO₄:5％Eu³⁺是多孔纳米棒，直径20～50nm，长度100～200nm，见图1所示。所述的LaPO₄:5％Eu³⁺多孔纳米棒具有良好的晶型，其衍射峰的晶面间距d值和相对强度与LaPO₄的PDF标准卡片(35-0731)所列的d值和相对强度一致，属于单斜晶系，空间群为P21/n，见图2所示。当监测波长为589nm时，所述的LaPO₄:5％Eu³⁺多孔纳米棒的激发光谱主峰位于254nm处的强谱带，属于O^2--Eu³⁺之间的电荷迁移带，见图3所示。在254nm的紫外光激发下，LaPO₄:5％Eu³⁺多孔纳米棒发射出主峰位于589nm的明亮红光，它对应于Eu³⁺离子的⁵D₀→⁷F₁跃迁，属于Eu³⁺离子的强迫磁偶极跃迁，见图4所示。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。