[发明专利]一种核壳结构的荧光纳米材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含磷酸铈的发光材料及其制备方法，特别涉及一种用于制备高 性能器件如传感器、催化剂、耐热材料的含磷酸铈的纳米结构发光材料及其制备方 法。

背景技术

纳米材料以其独特的化学和物理性能引起了人们极大的关注，尤其是一维纳米 材料(如纳米棒、纳米管、纳米线和纳米带等)因具有特殊的尺寸效应(如大的长 径比等)而显示出优越的电学、光学、磁学及力学等性能。特别是一维纳米稀土化 合物由于其独特的电子结构和跃迁模式而呈现出独特的光学性能，已在光电子纳米 器件以及生物荧光标记等方面得到应用。由于稀土正磷酸盐在真空紫外光的激发下 具有很高的发光效率，且其合成温度较低，色坐标值高，因此，对稀土磷酸盐荧光 材料的研究引起人们极大的兴趣。

磷酸铈在高性能光电器件，传感器，催化剂、耐热材料和其它功能材料方面有 着广泛的应用(H.Maas，A.Currao，G.Calzaferri，Encapsulated lanthanides as luminescent materials，Angew.Chem.，Int.Ed.2002，41，2495-2497.C.Feldmann，T. Jüstel，C.R.Ronda，P.J.Schmidt，Inorganic Luminescent Materials：100 Years of Research and Application，Adv.Funct.Mater.2003，13，511.)。磷酸铈可以发射高效率 绿色荧光，常用做荧光灯材料。磷酸铈有单斜和六方结构两种物相。

铈盐和磷酸盐生成磷酸铈的反应为复分解反应，成核生长迅速。一般所得磷酸 铈的荧光性能比较差，往往通过添加其它稀土金属元素例如镧来提高它的荧光性能。 为了提高磷酸铈的荧光效率，一般采用在磷酸铈表面包覆磷酸镧形成核壳结构，以 减少磷酸铈晶体缺陷，从而提高其荧光效率。到目前为止，现有技术都是利用六方 结构的磷酸铈添加镧来提高它的荧光性能，所得产物的荧光效率较低。

为了提高磷酸铈的荧光效率，通常采用在磷酸铈表面包覆磷酸镧形成核壳结构 来减少晶体缺陷，从而提高它的荧光效率。现有的研究公开了零维纳米结构和一维 纳米结构的磷酸铈磷酸镧核壳结构，形成的核壳结构虽然可以大幅度提高磷酸铈 的荧光效率。但是，这样的磷酸铈磷酸镧核壳结构还存在着以下问题。

例如，Wenbo Bu等人研究制备的磷酸铈/磷酸镧一维纳米棒主要是首先制备六方 结构的磷酸铈，其中制备六方结构的磷酸铈的过程中利用HCl调节溶液的pH值，使 pH值小于1，再加入聚丙二醇与环氧乙烷的加聚物，制备磷酸铈/磷酸镧纳米棒的过 程中需要使用甲醇等有机溶剂，制备的工艺繁杂，而且需要加入大量的盐酸和有机 溶液并且使用量大，对环境造成污染(参见Wenbo Bu el，Epitaxial Synthesis of Uniform Cerium Phosphate One-Dimensional Nanocable Heterostructures with Improved Luminescence.J.Phys.Chem.B.2005，109，14461-14464.)。

又如，K.等人制备的CePO₄:Tb/LaPO₄纳米棒以CeCl₃·7H₂O、 TbCl₃·6H₂O和磷酸盐为原料，在甲醇、磷酸三丁酯、二苯醚、二己基醚等有机溶剂 中先合成制备成CePO₄:Tb纳米核，然后加入含有磷酸三丁酯的LaCl₃·7H₂O的甲 醇溶液后，加热合成制备达到CePO₄:Tb/LaPO₄纳米棒。该制备方法工艺步骤繁杂， 工艺条件控制困难，而且制备过程中加入大量的有机溶剂，容易对环境造成污染(参 见K.el.Green-emitting CePO₄:Tb/LaPO₄ core-shell nanoparticles with 70％ photoluminescence quantum yield.Angew.Chem.Int.Ed.2003，42，5513-5516)。