[发明专利]一种稀土掺杂氧化钪纳米材料及其制备方法和应用

说明书

一种具有高效红色发光的稀土掺杂超小氧化钪纳米材料及其制备方法和应用。所述纳米材料包括铕离子掺杂的氧化钪纳米颗粒内核、氧化物表面的油溶性配体和外来两亲性配体形成的具有空腔结构的表面修饰层、以及负载在空腔中的稀土离子敏化剂，所述表面修饰层吸附在所述油溶性配体的表面；其中所述铕离子掺杂的氧化钪纳米颗粒内核为Sc₂O₃:x％Eu，其中0x≤50。经过表面修饰和负载稀土离子敏化剂的稀土掺杂超小氧化钪纳米材料的红色发光强度比未修饰的稀土掺杂超小氧化钪纳米材料提高3个数量级。该具有高效红色发光的稀土掺杂超小氧化钪纳米材料在生物成像和生物检测等领域拥有巨大的发展潜力。

技术领域

本发明属于纳米发光材料技术领域，尤其涉及一种具有高效红色发光的稀土掺杂超小氧化钪纳米材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来稀土掺杂无机发光材料得到广泛关注，这些材料在三维平板显示、防伪技术、固态激光器、光存储、太阳能电池以及荧光生物标记等方面都体现出了极大的应用价值。与传统的纳米发光材料(例如荧光染料与量子点)相比，稀土掺杂无机纳米发光材料具有良好的光化学稳定性、长荧光寿命、可调谐荧光发射波长等优势。特别是，稀土掺杂的超小纳米材料(10纳米)具有大的比表面积，在表面效应的影响下，其发光性质与大尺寸的纳米材料(10纳米)有很大的差别。这种独特的性质使得其在荧光共振能量传递的荧光生物检测等领域展示出比大尺寸纳米颗粒更好的应用前景。同时，我们注意到由于表面荧光猝灭的影响，这些超小稀土纳米掺杂无机纳米材料往往具有很弱的发光，限制了其进一步应用。迄今为止，如何大幅提高稀土离子掺杂超小无机纳米颗粒的材料的发光性能仍是大家面临的重大难题。此外，由于现有合成方法的限制，合成单分散、形貌均一的稀土掺杂无机纳米材料的报道至今较少，仅有的几例大都集中于稀土掺杂无机氟化物纳米材料。相比于稀土氟化物纳米基质材料，无机稀土氧化物具有更好的机械性能和热稳定性能，是一类更有应用前景的稀土离子掺杂的基质材料。值得注意的是，在稀土氧化物这一类纳米材料中，具有高效红色发光的稀土掺杂超小(25纳米)氧化钪(Sc₂O₃)纳米颗粒迄今未见报道。因而制备发光性能优异、分散性良好的稀土掺杂超小氧化钪纳米材料仍有待开发。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种具有高效红色发光的超小氧化钪纳米发光材料及其制备方法和应用。所述的稀土掺杂氧化钪纳米材料比未修饰的氧化钪纳米材料的红色发光强度提高了3个数量级，可用于生物成像和生物检测。

本发明的技术方案如下：

一种稀土掺杂氧化钪纳米发光材料，包括铕离子掺杂的氧化钪纳米颗粒内核、氧化物表面的油溶性配体和外来两亲性配体形成的具有空腔结构的表面修饰层、以及负载在空腔中的稀土离子敏化剂，所述表面修饰层吸附在所述油溶性配体的表面；其中所述铕离子掺杂的氧化钪纳米颗粒内核为Sc₂O₃:x％Eu，其中0x≤50。

根据本发明的实施方案，所述稀土掺杂氧化钪纳米发光材料的粒径为25nm以下，优选15nm以下，还优选13nm以下，进一步优选12nm以下，例如为3.7nm、5nm、7.4nm、14.4nm、18.1nm、24.9nm。

根据本发明的实施方案，所述铕离子掺杂的氧化钪纳米颗粒内核为立方相铕离子掺杂的氧化钪纳米晶，其化学式为：Sc₂O₃:x％Eu，0x≤20。

根据本发明的实施方案，所述铕离子掺杂的氧化钪纳米颗粒内核的粒径为1～20纳米，优选1～15纳米，还优选2～10纳米。

根据本发明的实施方案，所述油溶性配体为C_12-20不饱和脂肪酸，优选为油酸。

根据本发明的实施方案，所述外来两亲性配体为二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇DSPE-PEG_m，其中，m为500～5000；优选地，所述外来两亲性配体为DSPE-PEG₂₀₀₀。