[发明专利]一种β‑NaYF4:Yb/Tm@ZnxCd1‑xS核壳纳米球及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及一种上转化纳米球(β-NaYF₄:Yb/Tm)与半导体合金核壳纳米结构的制备方法。

背景技术

与单一的硫化物相比，Zn_xCd_1-xS合金半导体具有更高的化学稳定性与更优的光学性质，特别是可以实现光生电子与正空位的有效分离，光催化活性会得到大大的提高。β-NaYF₄:Yb/Tm纳米材料是一种近红外能源的转化器，可以将近红外光转换为紫外-可见-近红外光。将β-NaYF₄:Yb/Tm与Zn_xCd_1-xS合金半导体复合在一起，有望可以实现能量的有效转化。因而，制备这种UCNPs@Zn_xCd_1-xS核壳纳米结构在能量转化、光电催化、红外探测以及环境治理等领域有着重要的应用价值。

《应用催化B辑：环境》(Applied Catalysis B-Environmental,2010年，第100卷，第433-439页)报道了一种β-NaYF₄:Yb/Tm@CdS核壳纳米颗粒的制备方法。其首先用巯基乙酸和巯基乙醇分别修饰β-NaYF₄:Yb/Tm纳米晶与CdS纳米颗粒，然后利用巯基乙酸和巯基乙醇反应，将两种颗粒连接在一起，形成β-NaYF₄:Yb/Tm@CdS核壳纳米颗粒。这种方法由于是经过化学键将β-NaYF₄:Yb/Tm与CdS两种纳米颗粒链接在一起，这种颗粒连接稳定性依赖于颗粒的修饰质量，且过程复杂，不利于推广生产。

《物理化学化学物理》(Physical Chemistry Chemical Physics,2013年，第15卷，第4681-14688页)报道了在β-NaYF₄:Yb/Tm纳米颗粒表面外延生长一层ZnO的方法。其首先利用高温油相的方法制备β-NaYF₄:Yb/Tm纳米晶，然后利用乙酰乙酸锌在油酸、油胺以及苯乙醚等混合有机反应试剂中，在β-NaYF₄:Yb/Tm纳米晶外面外延生长一层ZnO。由于β-NaYF₄:Yb/Tm与ZnO晶体的晶格不匹配，这种方法得到的核壳纳米结构材料质量不高、合成过程操作繁琐、成本高，不利于推广生产；且得到的材料是油溶性，需要进行进一步处理后才能进行应用。

《纳米尺度》(Nanoscale,2016年，第8卷，第553-562页)报道了一种在β-NaYF₄:Yb/Tm纳米晶表面依次外延生长一层碳与CdS纳米颗粒，成功制备了β-NaYF₄:Yb/Tm@C@CdS核壳纳米颗粒。这种方法先在β-NaYF₄:Yb/Tm纳米晶体表面利用葡萄糖碳化外延一层功能碳层，这种碳层可以富集金属离子(Cd²⁺)，进而较容易在碳层外面修饰上CdS纳米晶。这种方法通过在上转换纳米颗粒与CdS之间引入有机的碳层，以克服NaYF₄基质材料与CdS之间的晶格不匹配，但同时也极大的降低了β-NaYF₄:Yb/Tm与CdS之间的近红外光子转移效率，且碳层是利用水热碳化形成的，不利于大规模生产制备。

综上所述，目前还未见报道β-NaYF₄:Yb/Tm@Zn_xCd_1-xS核壳纳米球的制备方法。目前制备类似纳米结构，如：β-NaYF₄:Yb/Tm@CdS，或β-NaYF₄:Yb/Tm@ZnO核壳纳米颗粒的方法中，一般需要在β-NaYF₄:Yb/Tm纳米晶表面直接外延一层非晶的功能碳层或者进行复杂的表面改性过程以克服晶格不匹配的问题。且Zn_xCd_1-xS合金半导体具有更高的化学稳定性与更优的光学性质，依据现有技术较难实现。

发明内容

本发明为避免现有技术所存在的不足之处，提供了一种具有中空结构的β-NaYF₄:Yb/Tm@Zn_xCd_1-xS核壳纳米球及其制备方法。

本发明为解决技术问题，采用如下技术方案：