CN108359458A - 一种多孔稀土掺杂Li4ZrF8上转换纳米晶及其制备方法 - Google Patents
一种多孔稀土掺杂Li4ZrF8上转换纳米晶及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种多孔稀土掺杂Li4ZrF8上转换发光纳米晶及其制备方法,所述的上转换纳米晶为单斜相Li4ZrF8纳米晶,所述Li4ZrF8纳米晶尺寸在20~60纳米,纳米晶中有大量的微孔。所述纳米晶的制备方法包括以下步骤:(1)将氢氧化锂、稀土醋酸盐、醋酸锆溶于溶剂中;(2)溶有氟化铵的醇溶液加入步骤1中得到的溶液,然后升温除去醇;(3)将步骤2中除去醇后的溶液加热反应,冷却到室温,制备得到所述稀土掺杂氟锆化锂上转换纳米晶。所述材料的制备方法比较简单,重复性好,制备出的纳米发光材料分散性、均一性较好。本发明制备的Li4ZrF8纳米晶不仅具有强的上转换发光能力,而且具有药物缓释能力,在生物发光成像、肿瘤药物治疗等领域有着巨大的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于纳米发光材料制造领域,涉及一种上转换纳米发光材料,具体涉及多孔稀土掺杂Li4ZrF8上转换纳米晶及其制备方法。
背景技术
稀土掺杂上转换纳米晶具有组织穿透深、组织背景荧光干扰小等优点,在生物荧光标记和免疫分析领域有着重要的应用前景,因而受到了国内外学者的普遍关注。在上转换纳米晶基质材料中,氟化物具有声子能量低、物理化学稳定性好、毒性低等优点是一类性能优异的上转换纳米晶的基质材料。目前研究较多的氟化物纳米晶为稀土氟化物纳米晶,而稀土掺杂氟锆酸盐的研究相对较少。研究表明氟锆酸盐也是一类性能很好的上转换发光基质材料。研究表明Yb3+/Er3+掺杂的Na2ZrF6上转换纳米晶可以发射纯的上转换红光(Chemical Communications,2012,48(86):10630.),其发光强度高于Yb3+/Er3+掺杂的NaYF4。但是关于稀土掺杂Li4ZrF8上转换纳米晶文献还未见报道。
近年来,同时能实现生物荧光标记和药物缓释功能的多功能上转换发光材料越来越受到生物材料工作者的青睐。目前,实现上转换纳米晶的药物缓释功能主要通过在上转换纳米晶表面包覆一层多孔二氧化硅,然后在对壳层进行腐蚀形成一些中空的结构,通过这些中空结构装载药物。但该方案的工艺复杂,而且包覆上一层多孔二氧化硅后上转换材料的整体发光效率会明显降低。为了提高材料的发光效率,多孔上转换发光材料是一个很好的选择。多孔上转换发光材料可以直接利用纳米晶的微孔结构装载药物,而不会降低材料的发光性能。
发明内容
为了解决现有技术的不足,本发明的目的是提供一种合成稀土掺杂Li4ZrF8多孔上转换纳米晶及其制备方法。该方法采用高温共沉淀技术,可以一步合成结晶性能良好的稀土掺杂Li4ZrF8纳米晶。该纳米晶具有良好的上转换发光性能。同时,该纳米晶中具有多孔的微观结构,粒径分布均匀、分散性好。通过控制前驱体的浓度和反应温度、反应时间等参数获得不同尺寸、不同形貌的多孔上转换纳米晶。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种稀土掺杂Li4ZrF8上转换多孔纳米晶,所述材料的化学式为:Li4Zr(1-x)F8:xmol%RE3+,其中,0≤x≤50,RE3+选自Yb、Er、Tm、Ho、Eu、Tb、Dy、Sm、Nd和Pr中的一种或多种。
优选地,0≤x≤40;还优选地,0≤x≤30。
作为示例性地,所述稀土掺杂氟化锆钠基材料可以是Li4ZrF8:18mol%Yb3+,2mol%Er3+。
根据本发明所述的Li4ZrF8:x mol%RE3+材料为晶体,所述晶相结构为单斜相。
根据本发明,所述Li4ZrF8:x mol%RE3+材料为多孔纳米结构,其粒径为10~200纳米,优选20~100纳米,更优选为20~60纳米。
本发明还提供上述稀土掺杂Li4ZrF8多孔纳米晶的制备方法,所述方法包括如下步骤:
步骤1、将氢氧化锂、稀土醋酸盐、醋酸锆溶于溶剂中;
步骤2、溶有氟化铵的醇溶液加入步骤1中得到的溶液,然后升温除去醇;
步骤3、将步骤2中除去醇后的溶液加热反应,冷却到室温,制备得到所述稀土掺杂Li4ZrF8上转换纳米晶。
根据本发明,步骤1中的溶剂选择油酸和十八烯的混合溶液。
根据本发明,步骤1中,将氢氧化锂、稀土醋酸盐、醋酸锆溶于溶剂中的方法可为:将氢氧化锂、稀土醋酸盐、醋酸锆与溶剂混合,在惰性气体保护下将混合液加热升温至80~200℃(优选为100~150℃)并保温20~90分钟(优选为30~60分钟),以使氢氧化锂、稀土醋酸盐、醋酸锆溶解,同时排除掉体系中的水分,然后冷却到室温。
根据本发明,步骤1中所述稀土醋酸盐选自醋酸镱、醋酸铒、醋酸铥、醋酸钬、醋酸铕、醋酸铽、醋酸镝、醋酸钐、醋酸钕、醋酸镨中的至少一种。
根据本发明,步骤1中所述稀土醋酸盐和醋酸锆的摩尔比为(0.50~0.10)∶(0.50~0.90),还优选为(0.30~0.10)∶(0.70~0.90)。
根据本发明,步骤1中所述氢氧化锂和醋酸锆的摩尔比为(3~5)∶1,优选为4∶1。
根据本发明,步骤1中,稀土醋酸盐在溶剂中的摩尔浓度为0.1~10mmol/L,,优选为0.5-2mmol/L。
根据本发明,步骤1中,惰性气氛可以为N2气或Ar气。
根据本发明,所述混合溶剂中油酸和十八烯的摩尔比为1∶(0.5~5),还优选为1∶(1~3)。
根据本发明,步骤2中,所述氟化铵在醇中的浓度为为0.1~5mmol/mL,优选为0.8~3mmol/mL。
根据本发明,步骤2中,所述醇溶剂选自甲醇、乙醇、丙醇中的至少一种,优选为甲醇。
根据本发明,步骤2中,所述醋酸锆和氟化铵的摩尔比为(0.50~1.2)∶8,优选为(0.9~1.1)∶8。
根据本发明,步骤2中,所述升温除去醇的具体步骤可为:将上述混合体系置于惰性气氛下,升温至50~100℃,优选为50~70℃,并保温20~90分钟,优选为30~50分钟。
根据本发明,步骤3中,所述加热反应的温度优选为250~350℃,优选为260~300℃,所述加热反应的时间为0.5~3小时,优选为0.5~1.5小时。
根据本发明,步骤3中,所述加热反应结束后,冷却至室温,加入无水乙醇或丙酮,离心分离,洗涤,干燥,得到所述的稀土掺杂Li4ZrF8上转换纳米晶。
本发明的有益效果在于:
本发明提供一种本发明提供了一种新型稀土掺杂Li4ZrF8多孔上转换纳米晶及其制备方法。所述Li4ZrF8纳米发光材料的粒径为20~60纳米;所述制备方法制备的Li4ZrF8纳米晶具有大量的微孔,这些微孔可以作为良好地药物载体;在980纳米激光激发下所述稀土掺杂Li4ZrF8纳米晶具有优异的发光性能。因而该稀土掺杂上转换纳米晶不仅具有强的上转换发光能力,而且其多孔结构具有药物负载能力,在药物缓释、发光成像、生物应用等领域有着巨大的发展潜力。
附图说明
图1是Li4ZrF8:18mol%Yb3+,2mol%Er3+上转换纳米晶的透射电镜照片。
图2是Li4ZrF8:18mol%Yb3+,2mol%Er3+上转换纳米晶的X射线粉末衍射图。
图3是Li4ZrF8:18mol%Yb3+,2mol%Er3+上转换纳米晶在980nm激光器激发下的上转换荧光光谱图。
具体实施方式
下面结合实例对本发明进行进一步的说明。但本领域技术人员了解,下述实施例不是对本发明保护范围的限制,任何在本发明基础上做出的改进和变化,都在本发明保护范围内。
实施例1,Li4ZrF8:18mol%Yb3+,2mol%Er3+的制备
室温下量取1.7mL醋酸锆、称取0.0825g醋酸镱和0.0090g醋酸铒,0.0958g氢氧化锂加入到100mL三口烧瓶中,加入8mL油酸和12mL十八烯,搅拌使其混合均匀。三口烧瓶抽真空,然后通入氮气。在氮气气氛中,将上述混合物加热到120℃,在此温度下保温30分钟,使醋酸锆和稀土醋酸盐完全溶解,得到澄清溶液,冷却到室温。称取0.2963g氟化铵溶解于6mL甲醇溶液,搅拌使其在常温下反应30分钟。然后将混合溶液加热到60℃,保温30分钟以除去反应体系中的甲醇。待到甲醇除净后,在氮气气氛中加热到280℃,保温40分钟后自然冷却到室温,沉淀并洗涤,得到Li4ZrF8:18mol%Yb3+,2mol%Er3+纳米晶。
如图1所示,得到的Li4ZrF8:18mol%Yb3+,2mol%Er3+纳米晶部分呈菱面体,另一部分纳米晶呈椭球体,纳米晶的尺寸在20-60nm左右,分散性好。在所有纳米晶中都存在着大量的孔隙。
如图2所示Li4ZrF8:18mol%Yb3+,2mol%Er3+纳米晶的结晶性能良好,其X射线衍射峰的位置和相对强度与单斜相的Li4ZrF8标准数据库一致(JCPDS No.48-0045)。
如图3所示,Li4ZrF8:18mol%Yb3+,2mol%Er3+纳米晶在980纳米的近红外激光激发下,在,该材料呈现绿光(510-575nm)和红光(640-695nm)上转换发射,分别对应于2H11/2/4S3/2到4I15/2,及4F9/2到4I15/2的跃迁。
实施例2,Li4ZrF8:18mol%Yb3+,2mol%Er3+的制备
室温下量取1.7mL醋酸锆,称取0.0825g醋酸镱和0.0090g醋酸铒,0.0958g氢氧化锂加入到100mL三口烧瓶中,加入8mL油酸和12mL十八烯,搅拌使其混合均匀。三口烧瓶抽真空,然后通入氮气。在氮气气氛中,将上述混合物加热到120℃,在此温度下保温30分钟,使醋酸锆和稀土醋酸盐完全溶解,得到澄清溶液,冷却到室温。称取0.2668g氟化铵溶解于6mL甲醇溶液,搅拌使其在常温下反应30分钟。然后将混合溶液加热到60℃,保温30分钟以除去反应体系中的甲醇。待到甲醇除净后,在氮气气氛中加热到280℃,保温40分钟后自然冷却到室温,沉淀并洗涤,得到Li4ZrF8:18mol%Yb3+,2mol%Er3+纳米晶。
实施例3,Li4ZrF8:18mol%Yb3+,2mol%Tm3+的制备
室温下量取1.7mL醋酸锆,称取0.0825g醋酸镱和0.0091g醋酸铥,0.0958g氢氧化锂加入到100mL三口烧瓶中,加入8mL油酸和12mL十八烯,搅拌使其混合均匀。三口烧瓶抽真空,然后通入氮气。在氮气气氛中,将上述混合物加热到120℃,在此温度下保温30分钟,使醋酸锆和稀土醋酸盐完全溶解,得到澄清溶液,冷却到室温。称取0.2668g氟化铵溶解于6mL甲醇溶液,搅拌使其在常温下反应30分钟。然后将混合溶液加热到60℃,保温30分钟以除去反应体系中的甲醇。待到甲醇除净后,在氮气气氛中加热到280℃,保温40分钟后自然冷却到室温,沉淀并洗涤,得到Li4ZrF8:18mol%Yb3+,2mol%Tm3+纳米晶。
实施例4,Li4ZrF8:18mol%Yb3+,2mol%Ho3+的制备
室温下量取1.7mL醋酸锆,称取0.0825g醋酸镱和0.0090g醋酸钬,0.0958g氢氧化锂加入到100mL三口烧瓶中,加入8mL油酸和12mL十八烯,搅拌使其混合均匀。三口烧瓶抽真空,然后通入氮气。在氮气气氛中,将上述混合物加热到120℃,在此温度下保温30分钟,使醋酸锆和稀土醋酸盐完全溶解,得到澄清溶液,冷却到室温。称取0.2668g氟化铵溶解于6mL甲醇溶液,搅拌使其在常温下反应30分钟。然后将混合溶液加热到60℃,保温30分钟以除去反应体系中的甲醇。待到甲醇除净后,在氮气气氛中加热到280℃,保温40分钟后自然冷却到室温,沉淀并洗涤,得到Li4ZrF8:18mol%Yb3+,2mol%Ho3+纳米晶。
Claims (6)
1.一种多孔稀土掺杂Li4ZrF8上转换纳米晶,其特征在于,所述材料的化学式为:Li4Zr(1-x)F8:xmol%RE3+,其中,0≤x≤50,优选地,0≤x≤30。RE选自Yb、Er、Tm、Ho、Eu、Tb、Dy、Sm、Nd和Pr中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的稀土掺杂Li4ZrF8上转换纳米晶,其特征在于,所述纳米晶为单斜相的Li4ZrF8晶体结构,粒径为20~60纳米,所述Li4ZrF8纳米晶具有多孔的微观结构。
3.根据权利要求1或2所述的多孔稀土掺杂Li4ZrF8上转换纳米晶,其特征在于,所述制备方法包括如下步骤:
(1)将氢氧化锂、稀土醋酸盐、醋酸锆溶于溶剂中;
(2)溶有氟化铵的醇溶液加入步骤1中得到的溶液,然后升温除去醇;
(3)将步骤2中除去醇后的溶液加热反应,冷却到室温,制备得到所述多孔稀土掺杂Li4ZrF8上转换纳米晶。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,步骤1中,将稀土醋酸盐、醋酸锆溶于溶剂中的方法可为:将氢氧化锂、稀土醋酸盐、醋酸锆与溶剂混合,在惰性气体保护下将混合液加热升温至80~200℃,优选为120~180℃,并保温20~90分钟,优选为30~60分钟,以使氢氧化锂、稀土醋酸盐、醋酸锆溶解,同时排除掉体系中的水分,然后冷却到室温。
所述稀土醋酸盐选自醋酸镱、醋酸铒、醋酸铥、醋酸钬、醋酸铕、醋酸铽、醋酸镝、醋酸钐、醋酸钕、醋酸镨中的至少一种。所述稀土醋酸盐和醋酸锆的摩尔比为(0.50~0.10)∶(0.50~0.90),优选为(0.30~0.10)∶(0.70~0.90)。所述氢氧化锂和醋酸锆的摩尔比为(3~5)∶1,优选为4∶1。稀土醋酸盐在溶剂中的摩尔浓度为0.1~10mmol/L,优选为0.5-2mmol/L。
所述混合溶剂为油酸和十八烯的混合物,其中油酸和十八烯的摩尔比为1∶(0.5~5),优选为1∶(1~3)。
5.根据权利要求3,步骤2中,所述氟化铵在醇中的浓度为为0.1~5mmol/mL,优选为0.8~3mmol/mL。所述醇溶剂选自甲醇、乙醇、丙醇中的至少一种,优选为甲醇。所述醋酸锆和氟化铵的摩尔比为(0.50~1.2)∶8,优选为(0.9~1.1)∶8。所述升温除去醇的具体步骤可为:将上述混合体系置于惰性气氛下,升温至50~100℃,优选为50~70℃,并保温20~90分钟,优选为30~50分钟。
6.根据权利要求3,步骤3中,所述加热反应的温度优选为250~350℃,优选为260~300℃,所述加热反应的时间为0.5~3小时,优选为0.5~1.5小时。所述加热反应结束后,冷却至室温,加入无水乙醇或丙酮,离心分离,洗涤,干燥,得到所述的稀土掺杂Li4ZrF8上转换纳米晶。
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