[发明专利]一种稀土钐掺杂氧化锡纳米中空球敏化发光体、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种稀土钐掺杂氧化锡纳米中空球敏化发光体、制备方法及应用，制备时先将葡萄糖加入去离子水和乙醇中搅拌得清澈溶液转移至反应釜中，反应产物经乙醇和去离子水离心清洗数次得到碳球；再将碳球加入乙醇超声分散，同时将水合氯化锡和水合硝酸钐加入二甲基甲酰胺中溶解后和碳球分散溶液混合并搅拌，自然冷却至室温，反应产物离心后经乙醇和去离子水清洗数次干燥保温得到核壳微球；最后核壳微球空气中煅烧消除碳球核得到最终产物钐掺杂氧化锡纳米中空球。本发明的合成方法设备要求简单、反应条件温和、绿色环保、可控性好。由此种方法合成的中空球实现了很强的黄红光敏化发射，有望应用于制备各处荧光性能一致的显示面板。

技术领域

本发明涉及一种纳米级敏化发光体，尤其涉及的是一种稀土钐掺杂氧化锡纳米中空球敏化发光体、制备方法及应用。

背景技术

以宽禁带氧化物半导体为载体具有正三价4f电子壳层的镧系稀土离子为发光中心的敏化结构由于其独特的发光特性在发光、显示、上转换激光器材料、太阳能电池、蛋白质和DNA等生命物质的分析检测以及生物标记与成像等众多领域显示出广阔的应用前景。这种新颖的结构充分整合了三价稀土离子的优良发光特性和宽禁带半导体材料卓越的宽谱吸收能力，使得单一波长激发下具有发射光谱窄、发光寿命长、光化学稳定性高的从近红外到可见再到紫外的多色发光成为可能。被公认为最佳载体之一的SnO₂由于材料来源丰富、热、化学稳定性好和荧光效率高等特点，经常被用于结合Sm³⁺、Eu³⁺等正三价的稀土发光离子合成纳米晶粉体，但粉体材料往往具有表面缺陷多、荧光效率低下、发射峰宽、分散以及组装困难等众多缺点。相比而言，具有功能壳和内部空隙的空心球结构提供高结晶质量、低有效密度，大表面积和高封装能力，不仅能够增大捕获光的能力和发光效率，还能实现各向同性的荧光发射，特别适合制备各处荧光性能一致的显示面板，节省稀土材料降低生产成本。

空心球结构的制备方法有多种，如模板法、喷雾反应法、声化学法等。其中胶体粒子模板合成是制备氧化物空心球材料的最为有效的途径之一，能够方便的调控壳层的组成、直径和厚度，但大多数合成过程中需要使用有机溶剂、引发剂和表面活性剂，不利于绿色环保。碳球模板的使用能够有效克服这一点，与传统的模板相比，胶体碳球至少有以下二个优势：一是它葡萄糖或蔗糖为前驱物，不污染环境，绿色环保；二是胶体碳球的表面结构与多糖类似，分布有大量的活化基团，无需修饰就可以进行功能壳层添加。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：如何制备得到高黄红光敏化发射性能的稀土掺杂氧化锡材料，提供了一种稀土钐掺杂氧化锡纳米中空球敏化发光体、制备方法及应用。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括以下步骤：

(1)制备碳球模板

将葡萄糖按照1：20～25g/mL加入到去离子水和乙醇的混合溶液中经搅拌得到澄清溶液，在170～200℃下保持7～8h，自然冷却至室温后，通过离心获得的碳球随后用乙醇和去离子水洗涤数次后干燥；

(2)利用碳球为模板合成核壳微球

将碳球按照0.1:5～10g/mL超声分散在乙醇中得混合溶液，再将水合氯化锡和水合硝酸钐按1.5～5.5：10mol/mL溶解在二甲基甲酰胺中后将其滴加到碳球与乙醇的混合溶液中并磁力搅拌下1～2h，水合氯化锡和水合硝酸钐的摩尔比为1.5～5.5，最终溶液并在170～200℃下密封保持6～10h，自然冷却至室温后，将离心后的包覆球用乙醇和去离子水交替洗涤数次，然后收集并干燥得到核壳微球；

(3)钐掺杂氧化锡纳米中空球的制备

将核壳微球在700～800℃下空气中煅烧2～2.5h后，内部碳球转化为CO₂，最终得到三价钐离子掺杂的氧化锡空心球结构。

所述步骤(1)中，去离子水和乙醇的混合溶液中，去离子水和乙醇的体积比为：3:1。