[发明专利]一种在水介质中稳定分散的CeO2纳米水荧光溶胶及其制备方法

说明书

一种在水介质中稳定分散的CeO₂纳米水荧光溶胶及其制备方法，包括，将六水合硝酸亚铈溶于二次去离子水中，以30％H₂O₂为氧化剂，浓氨水为沉淀剂，将沉淀加热煮沸至淡黄色，抽滤，洗涤，再分散在二次去离子水溶液中，以稀硝酸为胶溶剂，胶溶回流即得水介质中稳定分散的淡黄绿色透明的CeO₂纳米水溶胶。本发明的制备方法，成本低，操作简单。本发明制备的CeO₂纳米水荧光溶胶具有重复性好，稳定性好，荧光强度高的特点，克服了聚乙烯醇(PVA)及十二烷基苯磺酸钠(DBS)等表面活性剂作为分散剂和稳定剂的加入对CeO₂纳米水溶胶的催化性、发光性以及生物传感等后续应用的影响，可广泛应用于纳米修饰电极，电化学/生物传感器等领域。

技术领域

本发明涉及水溶胶的制备，具体涉及一种在水介质中稳定分散的CeO₂纳米水荧光溶胶及其制备方法。

背景技术

二氧化铈纳米材料由于同时兼具有稀土和纳米材料的很多优异的性能，被广泛应用于汽车尾气净化催化剂、玻璃抛光剂、紫外吸收剂、超导体、固体氧化物燃料电池以及纳米电极材料等高科技科学研究领域。

CeO₂为萤石结构，由于氧缺陷的存在，使Ce⁴⁺和Ce³⁺之间容易发生可逆变化，Ce³⁺的5d电子向4f电子的能级跃迁，可以产生寿命长，强度高的荧光。在紫外光激发下，稀土Ce³⁺水合离子可以发射强的荧光。当CeO₂制成纳米级别的材料，其比表面积和表面原子比例增加，氧空位和Ce³⁺浓度明显提高，荧光性能增强。

由于CeO₂纳米粒子的比表面积极大，表面能很高，所以在制备过程中CeO₂纳米粒子很容易团聚，难以形成稳定分散的状态，大大影响其催化性能以及发光性能等优异功能。而CeO₂纳米溶胶是一种优良的CeO₂纳米粒子的分散体。

利用分散性好的CeO₂纳米溶胶优良的荧光特性，可进行纳米修饰电极，电化学/生物传感研究。同时与合适的荧光受体(例如，掺氮石墨烯量子点NGQD)结合可进行荧光能量共振转移(Fluorescence Resonance Energy Transfer,FRET)，用于荧光探针和生物传感器的构建，进行DNA和蛋白质的检测。金电极表面修饰CeO₂纳米粒子可极大地促进细胞色素C在电极表面的电子传递速率。近年来，它被发现可以作为过氧化物酶、磷酸酶和氧化酶等生物模拟酶，用于生物催化、生物检测、疾病诊断等，在生物领域具有潜在的应用价值。

中国发明专利CN108117093A公开了一种以碳酸铵或碳酸氢铵或两者任意比例混合物为配位剂，与有机酸辛酸和癸酸混合而制备易与硅溶胶混合的CeO₂纳米水溶胶的方法。专利CN102757081A公开了一种以表面活性剂聚乙烯醇(PVA)做分散剂、尿素为配位剂、氨水为催化剂合成CeO₂纳米溶胶的方法。刘桂霞等人(刘桂霞等,天津大学学报,2004,37(3):203-206)报道一步法合成CeO₂纳米水溶胶，溶胶制备过程中用过量的硝酸提供胶溶剂，制备过程简单，但制备出的CeO₂纳米水溶胶需加入十二烷基苯磺酸钠(DBS)阴离子表面活性剂包裹分散并加入乙酸乙酯萃取，可稳定存在。在这些CeO₂纳米溶胶的制备过程中，为了增加CeO₂溶胶的分散性和稳定性，分别添加配位剂、有机酸以及聚乙烯醇(PVA)、十二烷基苯磺酸钠(DBS)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等表面活性剂，虽然CeO₂纳米溶胶稳定性增强，但对CeO₂纳米溶胶的催化性能、发光性能以及生物传感等后续应用会产生影响，所以制备一种在水介质中稳定分散的CeO₂纳米水溶胶荧光材料是十分必要的。