NaGdF4：Yb/Er上轉(zhuǎn)換納米粒子的可控制備及熒光性能的研究

李耀 焦吉慶 劉麗華 魏偉 呂柏澤 劉毅 唐建國(guó)

摘 要：以油酸為配體，十八烯為溶劑，采用共沉淀法制備了NaGdF4：Yb/Er上轉(zhuǎn)換納米粒子。通過(guò)透射電鏡和熒光光譜對(duì)所制備的納米粒子進(jìn)行形貌和上轉(zhuǎn)換發(fā)光性能的研究。發(fā)現(xiàn)通過(guò)改變反應(yīng)溫度可以控制納米粒子的尺寸和形貌，并研究了溫度對(duì)尺寸和熒光強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明：通過(guò)改變溫度納米粒子的尺寸可以控制在4到13 nm，并且分散均勻；溫度越高，納米粒子的尺寸越大，上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度越高。

關(guān)鍵詞：NaGdF4：Yb/Er；共沉淀法；上轉(zhuǎn)換發(fā)光

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.205

1 前言

鑭系元素?fù)诫s納米晶體是一類新型的納米材料，可用于細(xì)胞、組織及生物體，代替有機(jī)染料和半導(dǎo)體量子點(diǎn)作為發(fā)光探針。[1]這些納米材料具有優(yōu)異的化學(xué)光學(xué)性能，包括：低的細(xì)胞毒性、大的反斯托克斯位移、尖銳的發(fā)射帶及高抗光漂白和光化學(xué)降解。[2]這些獨(dú)特的特性使稀土摻雜納米晶體在能源，安全和醫(yī)療領(lǐng)域具有特殊的用途。

Gd元素優(yōu)越的磁性能及最低激發(fā)能級(jí)位于紫外光譜區(qū)，遠(yuǎn)高于其他離子的最低激發(fā)能級(jí)有利于其他離子吸收能量。[3]所以本文選用NaGdF4作為基質(zhì)，采用共沉淀法合成NaGdF4：Yb/Er上轉(zhuǎn)換納米粒子，通過(guò)改變反應(yīng)溫度，探究NaGdF4：Yb/Er上轉(zhuǎn)換納米粒子的尺寸和上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器與試劑

JEM-1200EX型透射電子顯微鏡（TEM）（日本JEOL公司），RF-5301PC型熒光分光光度計(jì)（日本島津有限公司），GdCl3·6H2O、YbCl3·6H2O、ErCl3·6H2O，油酸，十八烯，甲醇，環(huán)己烷。

2.2 制備方法

GdCl3·6H2O、YbCl3·6H2O、ErCl3·6H2O按照（Gd：Yb：Er=

78：20：2）化學(xué)計(jì)量比稱取，加入含有2 mL的甲醇的三口燒瓶中。分別量取8 mL油酸，12 mL十八烯加入三口燒瓶中，攪拌30 min。將上述混合液加熱到150 ℃，保溫30 min后冷卻到50 ℃。將0.1042 g NaOH溶在2 mL甲醇中，0.1482 g NH4F 溶解在7 mL甲醇中，將兩者混合后，攪拌10 s后，加入上述混合液，50 ℃保溫30 min。在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下，升溫到300 ℃，反應(yīng)1.5 h。洗滌溶在環(huán)己烷中保存。

3 結(jié)果與討論

圖1為在不同溫度下制備的NaGdF4：Yb/Er上轉(zhuǎn)換納米粒子透射電鏡圖。從圖中可以看出，所制備的上轉(zhuǎn)換納米粒子尺寸均一，沒(méi)有任何團(tuán)聚，均勻分散。隨著溫度的升高，納米粒子的尺寸逐漸變大，尺寸從4 nm變?yōu)?3 nm。

圖2為不同溫度下制備的NaGdF4：Yb/Er上轉(zhuǎn)換納米粒子在980 nm激光下的上轉(zhuǎn)換熒光光譜圖。從圖中可以看出，其上轉(zhuǎn)換的主要發(fā)生峰在532 nm，542 nm和652 nm，其分別對(duì)應(yīng)Er3+離子的2H11/2 → 4I15/2，4S3/2 → 4I15/2和4F9/2 → 4I15/2能級(jí)躍遷。而且，可以看出上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度隨著溫度的升高逐漸增強(qiáng)，增強(qiáng)的幅度也逐漸提高。

4 結(jié)論

采用共沉淀法成功制備了NaGdF4：Yb/Er納米粒子，通過(guò)改變反應(yīng)溫度發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高，納米粒子的尺寸越來(lái)越到，尺寸在4到13 nm。而且，隨著溫度的升高，上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度也逐漸升高。

參考文獻(xiàn)：

[1]Han S，Samanta A，Xie X，et al. Gold and Hairpin DNA Functionalization of Upconversion Nanocrystals for Imaging and In Vivo Drug Delivery[J].Advanced Materials，2017.

[2]Ren G，Zeng S，Hao J.Tunable Multicolor Upconversion Emissions and Paramagnetic Property of Monodispersed Bifunctional Lanthanide-Doped NaGdF4 Nanorods[J].Journal of Physical Chemistry C，2011，115（41）：20141-20147.

[3]Wang F，Han Y，Lim C S，et al.Simultaneous phase and size control of upconversion nanocrystals through lanthanide doping[J]. nature，2010，463（7284）：1061-1065.

作者簡(jiǎn)介：李耀（1990-），男，碩士生，研究方向：有機(jī)-無(wú)機(jī)光電雜化復(fù)合材料。