[发明专利]一种稀土掺杂氟化镥钠上转换发光纳米材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种稀土掺杂氟化镥钠上转换发光纳米材料，其分子式表示为NaLuF₄:Ce,Yb,Eu，其中Lu:Ce:Eu:Yb的物质的量比为83‑X:X:15:2，X是0～10间的任意数值；该纳米材料的粒径为6～12nm，其在正己烷或环己烷中呈单分散状态，纳米粒子呈不规则球形或正六边形形貌。本发明还公开了该纳米材料的制备方法，利用该方法可以合成出一系列不同比例Ce³⁺掺杂的NaLuF₄:Ce,Eu,Yb上转换发光纳米材料，实验证实本发明的纳米材料的上转换发光效率受掺杂元素Ce的掺杂比例影响，此结果为开发新型上转换纳米材料开辟了一条新的途径，应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及一种上转换发光纳米材料及其制备方法，尤其涉及一种稀土Ce³⁺掺杂氟化镥钠上转换发光纳米材料及其制备方法。

背景技术

上转换发光是一种特殊的发光模式，指能够吸收两个或两个以上的低能光子而辐射出一个高能光子的发光现象。迄今为止，上转换发光都发生在掺杂稀土离子的化合物中，主要有氟化物、氧化物、含硫化合物、氟氧化物、卤化物等，其中NaYF₄是目前上转换发光效率最高的基质材料。随着纳米材料日新月异的发展，稀土上转换荧光纳米材料(upconversion nanoparticles，UCNPs)作为近几年迅猛发展的新兴纳米材料之一，因其独特的化学物理性质和发光性能，在生物医学中的荧光标记检测和生物成像等领域具有潜在的应用前景(Coord.Chem.Rev.,2013,DOI:10.1016/j.ccr.2013.11.017)。

稀土元素是元素周期表中IIIB族钪、钇和镧系元素的总称，它们具有特殊的内层4f电子结构，能够在不同的能级之间跃迁而使其发光；并且所发出的光为上转换光。其中，稀土掺杂的上转换荧光纳米材料通常是将近红外激发光转换为可见光，材料所吸收的光子能量低于发射的光子能量是其最大的特点，这种现象违背了Stokes定律，因此上转换发光又称之为反Stokes发光。稀土上转换荧光纳米材料通常是由基质材料、敏化剂和激活剂构成。常用的基质主要为稀土氟化物、氧化物、硫化物等；敏化剂为Yb³⁺；激活剂为稀土离子Er³⁺、Tm³⁺、Ho³⁺、Nd³⁺、Pr³⁺等。稀土离子在整个上转换发光过程中起了决定性的作用。

近些年来，随着稀土荧光纳米材料的优势进一步挖掘，其应用逐渐受到科研工作人员的重视，尤其是将其作为新型荧光标记物在生物大分子检测方面的应用。与传统的有机荧光染料、荧光蛋白、量子点等生物分子荧光标记物相比，UCNPs具有一系列突出优点，如吸收和发射谱带窄、毒性低、发光强度高且稳定性好、无光分解和漂白、化学稳定性高、Stokes位移大等。这些不仅能够有效解决量子点作为荧光标记物的细胞毒性高和光闪烁问题，还能克服有机荧光染料、荧光蛋白等光标记物质稳定性差的缺点。此外，因UCNPs的激发光通常为近红外光，将其应用在生物标记与检测领域，不仅具有较深的光穿透深度，还可提高生物检测的灵敏度。这些独一无二的优点使UCNPs作为新一代的生物标记物在生物检测领域拥有很好的应用前景。到目前为止，已有大量科研学者报道了UCNPs在生物检测技术中的应用文章，如基于核酸方面的检测，基于蛋白质方面的检测等。这些方面的检测对人体或动植物的基因变异、蛋白质结构变化和早期疾病诊断做出了巨大贡献。