[发明专利]聚丙烯酸钠微球模板合成上转换荧光中空纳米球的方法

说明书

 

技术领域

    本发明属于纳米复合材料领域，具体涉及聚丙烯酸钠微球模板合成上转换荧光中空纳米球的制备方法。

 

背景技术

上转换发光是指稀土离子吸收两个或两个以上低能光子而辐射一个高能光子的发光现象，通常是指近红外光转换可见光。迄今为止，上转换材料主要是掺杂稀土元素的固体化合物，利用稀土元素的亚稳态能级特征，可以吸收多个低能量的长波辐射，从而使人眼看不见的红外光变成可见光。与传统的荧光材料相比，例如有机荧光染料分子和半导体量子点，它显示出了优异的特性，stokes位移大的窄带发射，荧光寿命长，光学性质稳定，低背景荧光和杂散射光，深的光穿透尺寸度，可多色标记等。近年来，上转换发光标记因采用近红外连续激光作为激发源，具有较深的光穿透深度、无生物背景荧光干扰、对生物组织无损伤等显著优势，可以和普通共聚焦荧光成像系统很好地联用，可以对多种探针同时标记的生物样品成像，能显示复杂的生物样品中更多细节，这一成像技术在化学、材料科学以及医学研究中具有广阔的应用前景。其中，介孔中空结构的上转换荧光纳米材料更是因其高比表面积、大容量、更强的光学性能和广泛应用而备受关注。基于以上这些优点，许多研究组致力于上转换荧光中空纳米球的合成研究。

现阶段，常规的合成方法有模板法和离子交换法等。模板法以表面修饰的纳米球为模板，使上转换荧光层在模板表面生长，随后将模板刻蚀或煅烧除去，得到产物。Yuliang Zhao等人通过模板的方法，采用水热碳球作为牺牲模板，成功的大规模地制备了稀土掺杂的三氧化二钆中空纳米球。Hongjie Zhang等人以三聚氰胺甲醛微球为模板，随后通过热处理的方式除去模板，成功合成了中空结构的三氧化二钆微球 (参考文献: (a) G. Tian, Z. Gu, X. Liu, L. Zhou, W. Yin, L. Yan, S. Jin, W. Ren, G. Xing, S. Li and Y. Zhao, J. Phys. Chem. C, 2011, 115, 23790; (b) Z. R. Shen, J. G. Wang, P. C. Sun, D. T. Ding and T. H. Chen, Chem. Commun., 2009, 13, 1742; (c) J. U. Park, H. J. Lee, W. Cho, C. Jo and M. Oh, Adv. Mater., 2011, 23, 3161.)。离子交换法也得到了很多研究组的关注，Jun Lin 等人通过将钒离子引入到Gd(OH)CO₃:Ln³⁺前驱体中，经过180 °C煅烧10 h后得到镧系掺杂的中空GdVO₄球(参考文献: X. Kang, D. Yang, Y. Dai, M. Shang, Z. Cheng, X. Zhang, H. Lian, P. Ma and J. Lin, Nanoscale, 2013, 5, 253.)。 Fan Zhang 等人通过HF与Y₂O₃纳米粒子之间的离子交换反应得到了α-NaYF₄中空球(参考文献: F. Zhang, Y. Shi, X. Sun, D. Zhao and G. D. Stucky, Chem. Mater., 2009, 21, 5237.)。

然而，这些制备上转换荧光中空球的方法合成步骤复杂，需要较高的反应温度，较长的反应时间。反应所需试剂不够温和、绿色，多为具有挥发性的有机试剂和具有强腐蚀性的HF或NaOH溶液，基于现有方法的如上缺点，亟需开发一种简单，绿色，经济有效，大范围，反应条件温和的通用方法。

 

发明内容

本发明的目的是提供一种基于聚丙烯酸钠微球模板合成上转换荧光中空纳米球的通用制备方法，合成的方法简单，操作方便，得到的纳米胶囊功能多。

本发明以聚丙烯酸钠微球为模板，合成多色上转换荧光三氧化二钆介孔中空纳米球。

本发明的方案是：首先，在水和异丙醇体系中加入聚丙烯酸钠，制备聚丙烯酸钠微球。然后以聚丙烯酸钠微球为模板，通过稀土离子和钠离子间的离子交换作用，使稀土离子取代钠离子，与聚丙烯酸钠微球的羧基进行配位，形成聚合前躯体壳，用异丙醇反复清洗数次。之后，在600 °C煅烧2 h后得到镧系掺杂的上转换荧光中空三氧化二钆球。