[发明专利]一种钕敏化的稀土发光多层核壳结构材料、其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种钕敏化的稀土发光多层核壳结构材料、其制备方法和应用，其颗粒具有核‑多壳的异质结构，作为发光中心的核层为稀土上转换纳米粒子，能量传递层为第一层壳；能量捕获层为第二层壳；能量保护层为第三层壳，形成核‑壳‑壳‑壳结构的上转换发光材料四层结构。本发明制备方法包括稀土盐的前驱体制备、稀土发光多层核壳结构材料制备的步骤。本发明要解决的问题是上转换纳米粒子紫外光区发光效率低，最短发光波长受限在290nm的问题，同时扩大上转换发光纳米粒子的应用范围，使其可以更广泛的应用于生物成像/检测、光动力学/光热治、光遗传学、光刻、防伪、分析检测等材料领域。本发明制备方法操作简单、易于控制且制备产物稳定。

技术领域

本发明涉及光电功能材料技术领域，具体为一种可以简单高效制备具有异质核壳结构的稀土上转换纳米材料的方法，通过此方法制备的异质上转换纳米材料，具有核-壳-壳-壳四层结构，此种异质上转换纳米材料可以增强在紫外区的上转换发射。

背景技术

稀土掺杂的上转换纳米晶是一种能使近红外光变成紫外-可见光的新型功能材料。稀土掺杂的上转换纳米晶由于具有优异的光学性能，使得其在各个领域有广泛的应用。近年来，许多科研工作者利用稀土掺杂的上转换纳米晶体吸收近红外光发射紫外可间光的特性，将其应用在生物医学、环境和工业领域。特别是上转换紫外发射可以应用在光催化剂、紫外固态激光器、生物医药等前沿领域。

然而，稀土元素掺杂的上转换纳米发光材料大多采用980nm激发，由于水在980nm处有较强的吸收，水分子吸收980nm的光并将其转化成热，因此，采用980nm的激发光源必然会引起很强的热效应，从而对正常的生物组织造成损伤。与此同时，水分子在980nm处的吸收也会降低近红外光的组织穿透能力，限制了稀土元素掺杂的上转换纳米发光材料在生物医学领域的应用。

近年来，Nd³⁺(钕)离子掺杂的上转换纳米颗粒具有独特的优势，可以吸收808nm的激发光，成功的避免了利用980nm激发所带来的不足之处。并且由于敏化剂离子和发光离子之间强烈的浓度淬灭效应会在很大程度上降低材料荧光强度，于是研究人员利用核-多壳结构将敏化剂Nd³⁺离子和发光离子分别掺杂在纳米结构的不同区域，以降低敏化剂和发光离子之间的交叉弛豫，从而提高材料的荧光强度。因此如何设计功能性的核-多壳上转换发光纳米材料，从而提高Nd³⁺离子掺杂的上转换纳米材料在紫外区发光，具有十分重要的意义。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种钕敏化的稀土发光多层核壳结构材料、其制备方法和应用，能可控合成具有异质核-多壳结构的上转换纳米颗粒的制备方法，并实现其在紫外光区的上转换发光增强。该方法操作简单，所制备得到的上转换纳米颗粒形貌具有良好的均一性，在808nm和980nm的激发下，最短发光波长可到253nm，其在紫外区的上转换发光比之前报道的纳米颗粒更强。因此，本发明要解决的问题是上转换纳米粒子紫外光区发光效率低，最短发光波长受限在290nm的问题，同时扩大上转换发光纳米粒子的应用范围，使其可以更广泛的应用于生物成像/检测、光动力学/光热治、光遗传学、光刻、防伪、分析检测等领域。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种钕敏化的稀土发光多层核壳结构材料，其颗粒具有核-多壳的异质结构，作为发光中心的核层为稀土上转换纳米粒子，能量传递层为包覆在核纳米粒子上的第一层壳，形成核-壳结构的上转换发光材料；能量捕获层为包覆在能量传递层上的第二层壳，形成核-壳-壳结构的上转换发光材料；能量保护层为包覆在能量捕获层上的第三层壳，形成核-壳-壳-壳结构的上转换发光材料四层结构；发光离子与敏化离子均匀分布在核层与各壳层中；

以NaGdF₄:Yb/Tm作为多层核壳结构的核，Yb离子的掺杂摩尔分数为不大于60％，Tm的掺杂摩尔分数为不大于15％；