[发明专利]杯芳烃稀土簇荧光材料及其合成方法和应用

说明书

本发明提供杯芳烃稀土簇荧光材料及其合成方法和应用。本发明的杯芳烃稀土簇包括至少2个杯芳烃配体和1个稀土金属氧团簇发光基团，所述杯芳烃配体位于所述发光基团的外侧，所述稀土金属氧团簇发光基团被所述杯芳烃配位覆盖，所述杯芳烃配体与稀土金属氧团簇发光基团通过配位键结合形成包裹结构。本发明制备得到含有双杯芳烃稀土金属氧团簇作为荧光材料无需经过封装或表面处理即具有较强的水稳定性、热淬灭稳定和耐辐照稳定等性能，在高湿热、高辐射的环境下具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于荧光材料技术领域，具体涉及杯芳烃稀土簇荧光材料及其合成方法和应用。

背景技术

镧系元素光致发光材料在我们生活的各个方面都有广泛的应用，例如照明、显示、临床诊断、辐射检测及安全检测。稀土(RE)离子的特殊发光特性(例如窄发射带宽、长发射寿命和较小的斯托克斯位移)使稀土荧光材料在相关领域的应用成为可能。稀土离子的光致发光性质源于4f电子的跃迁以及5s²和5p⁶壳层的屏蔽效应。尽管4f-4f跃迁的发光特性已经得到广泛的研究，但镧系配合物在极端条件下(例如在潮湿、高温和紫外线照射下)的发光稳定性研究相对较少，而这方面的研究对于相关材料的实际应用有重要的意义。

镧系荧光材料应用中的一个常见问题是因潮湿、高温或紫外线照射带来的荧光强度衰减。例如，当暴露在高湿度环境中时，水分子与稀土离子配位结合，水分子的振动导致稀土离子发光中心的振动猝灭，从而引起荧光强度的衰减。为了解决这个问题，科研工作者采用了不同的材料来封装器件或荧光粉材料，包括聚(丙烯酸甲酯)、聚(偏二氟乙烯)、聚苯乙烯、硅树脂、Al₂O₃、沸石-Y和二氧化硅等(见参考文献)。这类封装的方法有效地减缓了潮湿条件下水分子向发光器件内部的扩散，从动力学上延迟了水分子与荧光材料的结合，减缓了振动猝灭的发生。然而，封装策略无法在热力学上阻止溶剂分子(如水分子)的配位，仅仅是延迟了反应的发生。

另一方面，上述的封装方法，只能提高荧光材料在潮湿环境中的荧光稳定性，而当稀土荧光材料的荧光性质还受到其他不良条件影响时(如高温或长时间紫外辐射)，封装策略的改善作用就相对有限。究其原因，高温、辐射带来的荧光特性衰变，通常源于材料应用过程中发生的结构变化，这是无法通过外源性的封装方法来解决的。因此，通过设计镧系元素光致发光中心的原子环境是解决以上各种荧光稳定性问题的关键。

发明内容

本发明的技术方案如下：

一种杯芳烃稀土簇，所述杯芳烃稀土簇包括至少杯芳烃配体和发光基团，所述杯芳烃配体位于所述发光基团的外侧，1个所述发光基团被2个所述杯芳烃配位覆盖，所述杯芳烃配体与发光基团通过配位键结合形成包裹结构；其中，所述发光基团选自稀土金属氧团簇。

根据本发明的实施方案，所述稀土金属氧团簇包括至少一个团簇，每个团簇中至少含有一个稀土离子，优选含有两个或两个以上的稀土离子。示例性地，所述稀土金属氧团簇选自四核稀土金属氧团簇和/或九核稀土金属氧团簇，其中，所述四核稀土金属氧团簇是指每个团簇中含有四个稀土离子，所述九核稀土金属氧团簇是指每个团簇中含有九个稀土离子。

根据本发明的实施方案，所述稀土离子由稀土元素提供。优选地，所述稀土元素可选自本领域已知的稀土元素，例如选自Eu、Tb、Gd、Sm等中的至少一种。

根据本发明的实施方案，所述稀土元素由稀土盐提供。优选地，所述稀土盐选自稀土元素的氯化物、稀土元素的硝酸盐、稀土元素的高氯酸盐、稀土元素的氢氧化物、稀土元素的碳酸盐。

示例性地，所述稀土盐选自Eu的氯化物、Eu的硝酸盐、Eu的高氯酸盐、Eu的氢氧化物、Eu的碳酸盐。

示例性地，所述稀土盐选自Tb的氯化物、Tb的硝酸盐、Tb的高氯酸盐、Tb的氢氧化物、Tb的碳酸盐。

示例性地，所述稀土盐选自Gd的氯化物、Gd的硝酸盐、Gd的高氯酸盐、Gd的氢氧化物、Gd的碳酸盐。