[发明专利]一种无机纳米转光剂及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种无机纳米转光剂及其制备方法，无机纳米转光剂能够将紫 外光、黄绿光和近红外光转换成能够为植物光合作用高效利用的红光。

背景技术：

根据研究，植物主要是依靠叶绿素来进行光合作用的。研究表明，蓝紫光 和红橙光与叶绿素a和b分子结构的吸收光谱相匹配，有利于植物的光合作用。 而紫外光不仅对光合作用无益，还容易引起高分子材料和作物枝干的老化，促进 土壤中各种病菌的繁殖生长。因此，将改变太阳光光谱成分(将有害的紫外光和 无效的黄绿光以及部分的红外光能量转换成植物所需的蓝紫光和红橙光)的荧光 材料作为转光剂加入薄膜中，改善光合作用光质，提高光能利用率，促进作物优 质增产已成为目前研究的热点。

稀土有机转光剂是目前国内外研究较多的一类，但是现行研究的稀土有机 转光剂基本都是以铕(III)作为发光中心离子(CN1243146、CN1974715A、 CN1186835、CN1434097)，一方面氧化铕在稀土氧化物中价格不菲；另一方面， 铕(III)的特征荧光最强位于613nm左右(对应于Eu³⁺的5D0→7F2的跃迁)、转光 效率高，但是与叶绿素对红光的最大吸收光谱范围存在较大偏差(叶绿素a和b 对红光的最大吸收分别位于b660nm和643nm)，因此总的太阳光能利用率不够 理想。此外，稀土有机转光剂的合成过程一般都会产生毒害性气体及污染，特别 是稀土有机转光剂易老化，长期使用过程中光转换性能易于光衰减，效率降低， 在实际应用中遇到很多困难。

目前，国内外对Er³⁺、Yb³⁺共掺RYF₄(R＝Li，Na)研究较多且研究的内容 仅仅涉及该种材料在980nm激发光下的上转换发光性能。

发明内容：

本发明的目的是为了改进现有稀土有机转光剂性能不稳定、价格昂贵以及 发射光谱和叶绿素的吸收光谱存在较大偏差、光能利用率低等不足而提供的一种 无机纳米转光剂，本发明的另一目的是提供上述材料的制备方法。

本发明的技术方案为：本发明通过选择稀土离子中价格相对低廉、荧光发 射最大值和叶绿素最大吸收峰位相接近的铒(III)作为发光中心离子，Yb³⁺为敏 化离子，以低声子能量的碱金属氟化物为基质成分，运用水(溶剂)热法合成可 高效发射红光的无机纳米转光材料。

本发明的具体技术方案为：一种无机纳米转光剂，其特征在于其化学式为 REr_xYb_1-xF₄，其中0.006<x<0.1，R至少为碱金属Na或Li中的一种。

本发明还提供了上述无机纳米转光剂的制备方法，其具体步骤如下：按照化 学计量关系REr_xYb_1-xF₄，其中0.006<x<0.1，称取需要量的碱金属氟化物、稀土 化合物和氟化氢铵，再加入溶剂，溶解搅拌后加入反应釜内进行加热反应；将合 成的产物洗涤烘干，即可得到纳米转光剂REr_xYb_1-xF₄。

其中上述的稀土化合物为Er³⁺和Yb³⁺的氧化物、稀土硝酸盐或卤化物；碱金 属氟化物中的碱金属至少为Na或Li中的一种。

所述的氟化氢铵摩尔用量与稀土化合物的摩尔量之比为1.5～2.0：1。

所述的溶剂至少为水或无水乙醇中的一种，溶剂用量为每摩尔REr_xYb_1-xF₄加入5.0～20.0升；溶液用量越大，反应前驱体的浓度越低，反应产物的平均粒径 越小。

上述反应釜优选聚四氟乙烯内衬的反应釜，加热反应温度为160～220℃， 反应时间为12～96小时。合成产物的洗涤采用无水乙醇超声离心洗涤，洗涤2～3 次。

本发明所制得的无机纳米转光剂外观呈白色，平均粒径为10～400nm。该转 光剂可将紫外光、蓝绿光及近红外光高效率地转换为645～665nm的红光。

有益效果：