CN109233831B - 一种稀土铈离子掺杂稀土焦硅酸盐小尺寸纳米晶及其制备方法和应用 - Google Patents

一种稀土铈离子掺杂稀土焦硅酸盐小尺寸纳米晶及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种稀土铈离子掺杂稀土焦硅酸盐小尺寸纳米晶及其制备方法和应用。所述小尺寸纳米晶的化学组成表达式为：RE2‑xSi2O7:x Ce3+，RE为Lu、Gd中的一种稀土离子，x的取值范围为0.001＜x＜0.1。该纳米晶的制备方法是以二氧化硅为模板且同时作为硅源，与含有稀土离子的溶液和含有铈离子的溶液，结合共沉淀法制备得到。该方法可通过控制硅球的大小来控制纳米晶的尺寸，具有工艺简单、煅烧温度低、时间短、纳米晶尺寸可控和可批量制备等优点。且所得到的纳米晶相纯度高、发光效率高、衰减时间短，能有效吸收高能射线，对肿瘤的光动力治疗方法，尤其是对以辐射治疗与光动力治疗相结合的方法来治疗人体深层肿瘤或癌细胞具有良好的治疗效果和应用前景。

Description

一种稀土铈离子掺杂稀土焦硅酸盐小尺寸纳米晶及其制备方 法和应用
技术领域
本发明属于稀土纳米发光材料技术领域，更具体地，涉及一种稀土铈离子掺杂稀土焦硅酸盐小尺寸纳米晶及其制备方法和应用。
背景技术
当今，治疗肿瘤或癌细胞的手段有很多种，包括物理治疗、化学治疗和辐射治疗等。其中，光动力治疗是一种基于有机分子(如光敏剂)基础上的非损害性治疗手段，因此一直备受医学界的青睐。但是，光动力治疗通常使用的激发波长处于可见光范围内，对人体组织只有6mm左右的穿透深度，导致光动力治疗只能治疗人体表面的肿瘤(例如皮肤表层肿瘤)，而深层肿瘤细胞依然无法清除。而高能射线(如X-射线或γ-射线)具有更强的组织穿透能力，已被广泛应用于医学成像诊断和疾病治疗中。近年来，科学研究者尝试探索辐射治疗与光动力治疗结合的方法，希望能够提高人体深层肿瘤细胞的治疗效果。在辐射治疗中结合光动力治疗，需要利用一种纳米闪烁体作为转换器，将穿透能力强的X射线部分转换为可以被卟啉光敏剂吸收的荧光，被吸收的荧光使卟啉光敏剂产生具有细胞毒性的活性氧(如单态氧)，从而杀死人体深层的肿瘤细胞。基于以上方法，辐射治疗可以在不增加辐射剂量，同时减少对病人身体损害的情况下，结合光动力学治疗进行双重治疗，提高对肿瘤的治疗效果。而整个治疗过程中，纳米闪烁体具有至关重要的作用。
研究发现，掺杂铈稀土焦硅酸盐纳米晶衰减时间短(38ns)、能有效吸收高能射线(如X射线)，并转换为与卟啉光敏剂Soret宽吸收带相匹配的蓝紫光。因此，在采用辐射治疗与光动力治疗结合的方案时，该纳米晶与卟啉光敏剂共同作用可有效提高人体深层肿瘤细胞的治疗效果。
目前，合成纳米晶前驱体的方法主要有燃烧法、溶胶凝胶法和水热法。已有报道利用燃烧法发合成纳米荧光粉掺Eu3+的Y2Si2O7，但该纳米晶掺杂不均匀，严重团聚；溶胶凝胶法虽然也可以得到颗粒较小的纳米晶，但纳米晶的形貌和尺寸不可控，经过高温烧结后，团聚现象非常严重；另外，水热法自组装也可以得到该纳米晶，但得到的纳米晶形貌大小不一、掺杂不均匀且烧结后相纯度不高。
因此，寻找一种可以使原料细化和混合均匀，使得到的纳米晶掺杂均匀，提高纳米晶相纯度和发光效率，且制备工艺简单、煅烧温度低、时间短、纳米晶尺寸可控和可批量制备掺杂稀土焦硅酸盐纳米晶的方法，是当前迫切的需要，对以辐射治疗与光动力治疗相结合的方法来治疗肿瘤或癌细胞具有重要的意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服上述现有技术的缺陷和不足，提供一种衰减时间短(38ns)、能有效吸收高能射线(如X射线)，并转换为与卟啉光敏剂Soret宽吸收带相匹配的蓝紫光，以产生具有细胞毒性的活性氧(如单态氧)，从而杀死人体深层的肿瘤细胞，来有效提高人体深层肿瘤细胞的治疗效果的稀土铈离子掺杂稀土焦硅酸盐小尺寸纳米晶。
本发明的目的是提供一种稀土铈离子掺杂稀土焦硅酸盐小尺寸纳米晶。
本发明另一目的是提供所述稀土铈离子掺杂稀土焦硅酸盐小尺寸纳米晶的制备方法。
为了实现上述目的，本发明是通过以下方案予以实现的：
一种稀土铈离子掺杂稀土焦硅酸盐小尺寸纳米晶，其化学组成表达式为：RE2- xSi2O7:x Ce3+，RE为Lu、Gd中的一种稀土离子，x的取值范围为0.001＜x＜0.1。
该纳米晶的尺寸为30～200nm，相纯度高，尺寸小且可控，形貌均一，在紫外光辐照下，纳米晶中的激活剂Ce3+离子发出与卟啉光敏剂Soret宽吸收带相匹配的蓝紫色荧光，在肿瘤的光动力治疗方面，尤其是人体深层肿瘤细胞的辐射治疗结合光动力治疗方面有良好的应用前景。
一种上述稀土铈离子掺杂稀土焦硅酸盐小尺寸纳米晶的制备方法，以二氧化硅为模板且同时作为硅源，与含有稀土离子的溶液和含有铈离子的溶液充分混合，结合共沉淀法，烧结，制备得到。
具体地，所述稀土铈离子掺杂稀土焦硅酸盐小尺寸纳米晶的制备方法，是以二氧化硅为模板且同时作为硅源，与含有稀土离子的盐溶液和含有铈离子的盐溶液充分混合，进行沉淀反应，离心、烘干得前驱体粉末，然后经研磨、烧结、冷却得小尺寸纳米晶。
优选地，二氧化硅模板的制备方法为：将水、无水乙醇、氨水和十六烷基三甲基溴化铵混合，边搅拌边滴加正硅酸乙酯进行反应而得到。
其中，优选地，所述反应的温度为40～100℃，反应的时间为6～12h。
优选地，所得二氧化硅的尺寸为10～100nm。
更具体地，所述稀土铈离子掺杂稀土焦硅酸盐小尺寸纳米晶的制备方法，包括以下步骤：
S1.制备二氧化硅，并与十六烷基三甲基溴化铵混合，超声分散于水中；
S2.配制稀土硝酸盐溶液和硝酸铈溶液，加入沉淀剂，加热，边搅拌边反应，经离心分离、洗涤、烘干得前驱体粉末；
S3.将前驱体粉末研磨均匀后，烧结，冷却，得到小尺寸纳米晶。
优选地，在上述制备方法中，所述烧结的温度为1100～1400℃。
最优选地，所述烧结的温度为1250℃。
优选地，在上述制备方法中，所述烧结的升温速率为1～10℃/min。
另外，优选地，所述烧结的保温时间为2～6h。
更优选地，所述烧结的保温时间为3h。
优选地，所述沉淀剂为尿素、氨水或碳酸铵中的一种或几种。
优选地，在上述制备方法中，所用水为去离子水、蒸馏水或超纯水等。
另外，本发明提供的稀土铈离子掺杂稀土焦硅酸盐小尺寸纳米晶在制备肿瘤细胞的光动力治疗产品方面的应用，也在本发明的保护范围之内。
进一步优选地，所述应用是指在制备人体深层肿瘤细胞的光动力治疗产品方面的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明以二氧化硅为模板，同时作为硅源，与共沉淀法相结合，经过较低温度烧结后，得到一种稀土铈离子(Ce3+)激活的稀土焦硅酸盐纳米晶发光材料，即稀土铈离子掺杂稀土焦硅酸盐小尺寸纳米晶，是一种相纯度高、颗粒尺寸小、形貌均一的粉体材料。该纳米晶的制备方法可使原料细化和均匀混合，使得到的纳米晶掺杂均匀，提高相纯度和发光效率，而且具有工艺简单、烧结温度低、时间短、纳米晶尺寸可控和可批量制备等优点。
本发明提供的稀土铈离子掺杂稀土焦硅酸盐小尺寸纳米晶相纯度高，尺寸小且可控，形貌均一，衰减时间短(38ns)；且在射线辐照下能发出与卟啉光敏剂Soret宽吸收带相匹配蓝紫光，可产生具有细胞毒性的活性氧(如单态氧)，从而杀死人体深层的肿瘤细胞，可在采用辐射治疗与光动力治疗结合的方案时，与卟啉光敏剂共同作用来有效提高人体深层肿瘤细胞的治疗效果，在肿瘤的光动力治疗方面，尤其是在人体深层肿瘤细胞的辐射治疗结合光动力治疗方面具有很好的应用前景。
附图说明
图1为实施例1制备得到的Lu1.99Si2O7:0.01Ce3+纳米晶的扫描电镜SEM图。
图2为实施例1制备得到的Lu1.99Si2O7:0.01Ce3+纳米晶的荧光发射光谱图。
图3为实施例1制备得到的Lu1.99Si2O7:0.01Ce3+纳米晶的发光衰减曲线图。
图4为卟啉光敏剂的吸收光谱图和与之相匹配的本发明制备得到的稀土焦硅酸盐小尺寸纳米晶的X射线激发荧光光谱图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
(实施例1～3为通过改变x的值制备不同掺杂Ce3+浓度的纳米晶)
实施例1制备30～50nm的Lu1.999Si2O7:0.001Ce3+纳米晶
(1)制备10～30nm的模板二氧化硅(SiO2)：量取10mL去离子水，1mL无水乙醇，0.125mL氨水(NH3·H2O)，并称取1.2g十六烷基三甲基溴化铵(C16H33(CH3)3NBr，CTAB)于烧杯中，设置油浴温度为40℃，边搅拌边滴加0.25mL正硅酸乙酯(Si(OC2H5)4)，反应2h后离心、洗涤、烘干得到10～30nm的模板SiO2；
(2)然后称取0.0601g制备好的模板SiO2、4.5006g CTAB、量取100mL去离子水，于250mL单颈烧瓶中混合，超声分散1h；
(3)称取1.5004g尿素(CH4N2O)，量取配制好的9.995mL 0.1M的硝酸镥(Lu(NO3)3)溶液、0.025mL 0.02M硝酸铈(Ce(NO3)3)溶液于上述单颈烧瓶中，然后将单颈烧瓶置于85℃油浴锅中边搅拌边反应12h，经沉淀、离心、洗涤后，置于75℃的干燥箱烘干得到前驱体粉末；
(4)将前驱体粉末用研钵研磨均匀，放置在氧化铝坩埚中，置于马弗炉内烧结，设置烧结温度为1150℃，升温速率为1℃/min，保温时间为3h；最后，冷却至室温，得到的白色粉末为30～50nm的Lu1.999Si2O7:0.001Ce3+小尺寸纳米晶。
实施例2制备30～50nm的Lu1.9Si2O7:0.1Ce3+纳米晶
(1)制备10～30nm的模板二氧化硅：量取10mL去离子水，1mL无水乙醇，0.125mL氨水，并称取1.2g CTAB于烧杯中，设置油浴温度为40℃，边搅拌边滴加0.25mL Si(OC2H5)4，反应2h后离心、洗涤、烘干得到10～30nm的模板SiO2；
(2)然后称取0.0601g制备好的模板SiO2、4.5006g CTAB、量取100mL去离子水，于250mL单颈烧瓶中混合，超声分散1h；
(3)称取1.5004g CH4N2O，量取配制好的9.5mL 0.1M的Lu(NO3)3溶液、2.5mL 0.02MCe(NO3)3溶液于上述单颈烧瓶中，然后将单颈烧瓶置于85℃油浴锅中边搅拌边反应12h，经沉淀、离心、洗涤后，置于75℃的干燥箱烘干得到前驱体粉末；
(4)将前驱体粉末用研钵研磨均匀，放置在氧化铝坩埚中，置于马弗炉内烧结，设置烧结温度为1150℃，升温速率为1℃/min，保温时间为3h；最后，冷却至室温，得到的白色粉末为30～50nm的Lu1.9Si2O7:0.1Ce3+小尺寸纳米晶。
实施例3制备30～50nm的Lu1.99Si2O7:0.01Ce3+纳米晶
(1)制备10～30nm的模板二氧化硅：量取10mL去离子水，1mL无水乙醇，0.125mLNH3·H2O，并称取1.2g CTAB于烧杯中，设置油浴温度为40℃，边搅拌边滴加0.25mL Si(OC2H5)4，反应2h后离心、洗涤、烘干得到10～30nm的模板SiO2；
(2)然后称取0.0601g制备好的模板SiO2、4.5006g CTAB、量取100mL去离子水，于250mL单颈烧瓶中混合，超声分散1h；
(3)称取1.5004g CH4N2O，量取配制好的9.95mL 0.1M的Lu(NO3)3溶液、0.25mL0.02M Ce(NO3)3溶液于上述单颈烧瓶中，然后将单颈烧瓶置于85℃油浴锅中边搅拌边反应12h，经沉淀、离心、洗涤后，置于75℃的干燥箱烘干得到前驱体粉末；
(4)将前驱体粉末用研钵研磨均匀，放置在氧化铝坩埚中，置于马弗炉内烧结，设置烧结温度为1150℃，升温速率为1℃/min，保温时间为3h；最后，冷却至室温，得到的白色粉末为30～50nm的Lu1.99Si2O7:0.01Ce3+小尺寸纳米晶。
(实施例4～7为通过改变制备二氧化硅的反应温度调节纳米晶的尺寸)
实施例4制备50～80nm的Lu1.99Si2O7:0.01Ce3+纳米晶
(1)制备30～50nm的模板SiO2：量取10mL去离子水，1mL无水乙醇，0.125mL NH3·H2O，并称取1.2g CTAB于烧杯中，设置油浴温度为50℃，边搅拌边滴加0.25mL Si(OC2H5)4，反应2h后离心、洗涤、烘干得到30～50nm的模板SiO2；
(2)然后称取0.0601g制备好的模板SiO2、4.5006g CTAB、量取100mL去离子水，于250mL单颈烧瓶中混合，超声分散1h；
(3)称取1.5004g CH4N2O，量取配制好的9.95mL 0.1M的Lu(NO3)3溶液、0.25mL0.02M Ce(NO3)3溶液于上述单颈烧瓶中，然后将单颈烧瓶置于85℃油浴锅中边搅拌边反应12h，经沉淀、离心、洗涤后，置于75℃的干燥箱烘干得到前驱体粉末；
(4)将前驱体粉末用研钵研磨均匀，放置在氧化铝坩埚中，置于马弗炉内烧结，设置烧结温度为1150℃，升温速率为1℃/min，保温时间为3h；最后，冷却至室温，得到的白色粉末为50～80nm的Lu1.99Si2O7:0.01Ce3+小尺寸纳米晶。
实施例5制备80～100nm的Lu1.99Si2O7:0.01Ce3+纳米晶
(1)制备50～70nm的模板SiO2：量取10mL去离子水，1mL无水乙醇，0.125mL NH3·H2O，并称取1.2g CTAB于烧杯中，设置油浴温度为70℃，边搅拌边滴加0.25mL Si(OC2H5)4，反应2h后离心、洗涤、烘干得到50～70nm的模板SiO2；
(2)然后称取0.0601g制备好的模板SiO2、4.5006g CTAB、量取100mL去离子水，于250mL单颈烧瓶中混合，超声分散1h；
(3)称取1.5004g CH4N2O，量取配制好的9.95mL 0.1M的Lu(NO3)3溶液、0.25mL0.02M Ce(NO3)3溶液于上述单颈烧瓶中，然后将单颈烧瓶置于85℃油浴锅中边搅拌边反应12h，经沉淀、离心、洗涤后，置于75℃的干燥箱烘干得到前驱体粉末；
(4)将前驱体粉末用研钵研磨均匀，放置在氧化铝坩埚中，置于马弗炉内烧结，设置烧结温度为1150℃，升温速率为1℃/min，保温时间为3h；最后，冷却至室温，得到的白色粉末为80～100nm的Lu1.99Si2O7:0.01Ce3+小尺寸纳米晶。
实施例6制备100～150nm的Lu1.99Si2O7:0.01Ce3+纳米晶
(1)制备70～90nm的模板SiO2：量取10mL去离子水，1mL无水乙醇，0.125mL NH3·H2O，并称取1.2g CTAB于烧杯中，设置油浴温度为90℃，边搅拌边滴加0.25mL Si(OC2H5)4，反应2h后离心、洗涤、烘干得到70～90nm的模板SiO2；
(2)然后称取0.0601g制备好的模板SiO2、4.5006g CTAB、量取100mL去离子水，于250mL单颈烧瓶中混合，超声分散1h；
(3)称取1.5004g CH4N2O，量取配制好的9.95mL 0.1M的Lu(NO3)3溶液、0.25mL0.02M Ce(NO3)3溶液于上述单颈烧瓶中，然后将单颈烧瓶置于85℃油浴锅中边搅拌边反应12h，经沉淀、离心、洗涤后，置于75℃的干燥箱烘干得到前驱体粉末；
(4)将前驱体粉末用研钵研磨均匀，放置在氧化铝坩埚中，置于马弗炉内烧结，设置烧结温度为1150℃，升温速率为1℃/min，保温时间为3h；最后，冷却至室温，得到的白色粉末为100～150nm的Lu1.99Si2O7:0.01Ce3+小尺寸纳米晶。
实施例7制备150～200nm的Lu1.99Si2O7:0.01Ce3+纳米晶
(1)制备90～100nm的模板SiO2：量取10mL去离子水，1mL无水乙醇，0.125mL NH3·H2O，并称取1.2g CTAB于烧杯中，设置油浴温度为100℃，边搅拌边滴加0.25mL Si(OC2H5)4，反应2h后离心、洗涤、烘干得到90～100nm的模板SiO2；
(2)然后称取0.0601g制备好的模板SiO2、4.5006g CTAB、量取100mL去离子水，于250mL单颈烧瓶中混合，超声分散1h；
(3)称取1.5004g CH4N2O，量取配制好的9.95mL 0.1M的Lu(NO3)3溶液、0.25mL0.02M Ce(NO3)3溶液于上述单颈烧瓶中，然后将单颈烧瓶置于85℃油浴锅中边搅拌边反应12h，经沉淀、离心、洗涤后，置于75℃的干燥箱烘干得到前驱体粉末；
(4)将前驱体粉末用研钵研磨均匀，放置在氧化铝坩埚中，置于马弗炉内烧结，设置烧结温度为1150℃，升温速率为1℃/min，保温时间为3h；最后，冷却至室温，得到的白色粉末为150～200nm的Lu1.99Si2O7:0.01Ce3+小尺寸纳米晶。
(实施例8～9为通过改变步骤(4)的烧结温度来调节纳米晶的尺寸)
实施例8制备50～80nm的Lu1.99Si2O7:0.01Ce3+纳米晶
(1)制备10～30nm的模板SiO2：量取10mL去离子水，1mL无水乙醇，0.125mL NH3·H2O，并称取1.2g CTAB于烧杯中，设置油浴温度为40℃，边搅拌边滴加0.25mL Si(OC2H5)4，反应2h后离心、洗涤、烘干得到10～30nm的模板SiO2；
(2)然后称取0.0601g制备好的模板SiO2、4.5006g CTAB、量取100mL去离子水，于250mL单颈烧瓶中混合，超声分散1h；
(3)称取1.5004g CH4N2O，量取配制好的9.95mL 0.1M的Lu(NO3)3溶液、0.25mL0.02M Ce(NO3)3溶液于上述单颈烧瓶中，然后将单颈烧瓶置于85℃油浴锅中边搅拌边反应12h，经沉淀、离心、洗涤后，置于75℃的干燥箱烘干得到前驱体粉末；
(4)将前驱体粉末用研钵研磨均匀，放置在氧化铝坩埚中，置于马弗炉内烧结，设置烧结温度为1250℃，升温速率为1℃/min，保温时间为3h；最后，冷却至室温，得到的白色粉末为50～80nm的Lu1.99Si2O7:0.01Ce3+小尺寸纳米晶。
实施例9制备80～100nm的Lu1.99Si2O7:0.01Ce3+纳米晶
(1)制备10～30nm的模板SiO2：量取10mL去离子水，1mL无水乙醇，0.125mL NH3·H2O，并称取1.2g CTAB于烧杯中，设置油浴温度为40℃，边搅拌边滴加0.25mL Si(OC2H5)4，反应2h后离心、洗涤、烘干得到10～30nm的模板SiO2；
(2)然后称取0.0601g制备好的模板SiO2、4.5006g CTAB、量取100mL去离子水，于250mL单颈烧瓶中混合，超声分散1h；
(3)称取1.5004g CH4N2O，量取配制好的9.95mL 0.1M的Lu(NO3)3溶液、0.25mL0.02M Ce(NO3)3溶液于上述单颈烧瓶中，然后将单颈烧瓶置于85℃油浴锅中边搅拌边反应12h，经沉淀、离心、洗涤后，置于75℃的干燥箱烘干得到前驱体粉末；
(4)将前驱体粉末用研钵研磨均匀，放置在氧化铝坩埚中，置于马弗炉内烧结，设置烧结温度为1350℃，升温速率为1℃/min，保温时间为3h；最后，冷却至室温，得到的白色粉末为80～100nm的Lu1.99Si2O7:0.01Ce3+小尺寸纳米晶。
(实施例10～13为通过改变步骤(4)高温烧结时的升温速率来调节纳米晶的尺寸)
实施例10制备50～80nm的Lu1.99Si2O7:0.01Ce3+纳米晶
(1)制备10～30nm的模板SiO2：量取10mL去离子水，1mL无水乙醇，0.125mL NH3·H2O，并称取1.2g CTAB于烧杯中，设置油浴温度为40℃，边搅拌边滴加0.25mL Si(OC2H5)4，反应2h后离心、洗涤、烘干得到10～30nm的模板SiO2；
(2)然后称取0.0601g制备好的模板SiO2、4.5006g CTAB、量取100mL去离子水，于250mL单颈烧瓶中混合，超声分散1h；
(3)称取1.5004g CH4N2O，量取配制好的9.95mL 0.1M的Lu(NO3)3溶液、0.25mL0.02M Ce(NO3)3溶液于上述单颈烧瓶中，然后将单颈烧瓶置于85℃油浴锅中边搅拌边反应12h，经沉淀、离心、洗涤后，置于75℃的干燥箱烘干得到前驱体粉末；
(4)将前驱体粉末用研钵研磨均匀，放置在氧化铝坩埚中，置于马弗炉内烧结，设置烧结温度为1150℃，升温速率为4℃/min，保温时间为3h；最后，冷却至室温，得到的白色粉末为50～80nm的Lu1.99Si2O7:0.01Ce3+小尺寸纳米晶。
实施例11制备80～100nm的Lu1.99Si2O7:0.01Ce3+纳米晶
(1)制备10～30nm的模板SiO2：量取10mL去离子水，1mL无水乙醇，0.125mL NH3·H2O，并称取1.2g CTAB于烧杯中，设置油浴温度为40℃，边搅拌边滴加0.25mL Si(OC2H5)4，反应2h后离心、洗涤、烘干得到10～30nm的模板SiO2；
(2)然后称取0.0601g制备好的模板SiO2、4.5006g CTAB、量取100mL去离子水，于250mL单颈烧瓶中混合，超声分散1h；
(3)称取1.5004g CH4N2O，量取配制好的9.95mL 0.1M的Lu(NO3)3溶液、0.25mL0.02M Ce(NO3)3溶液于上述单颈烧瓶中，然后将单颈烧瓶置于85℃油浴锅中边搅拌边反应12h，经沉淀、离心、洗涤后，置于75℃的干燥箱烘干得到前驱体粉末；
(4)将前驱体粉末用研钵研磨均匀，放置在氧化铝坩埚中，置于马弗炉内烧结，设置烧结温度为1150℃，升温速率为6℃/min，保温时间为3h；最后，冷却至室温，得到的白色粉末为80～100nm的Lu1.99Si2O7:0.01Ce3+小尺寸纳米晶。
实施例12制备100～120nm的Lu1.99Si2O7:0.01Ce3+纳米晶
(1)制备10～30nm的模板SiO2：量取10mL去离子水，1mL无水乙醇，0.125mL NH3·H2O，并称取1.2g CTAB于烧杯中，设置油浴温度为40℃，边搅拌边滴加0.25mL Si(OC2H5)4，反应2h后离心、洗涤、烘干得到10～30nm的模板SiO2；
(2)然后称取0.0601g制备好的模板SiO2、4.5006g CTAB、量取100mL去离子水，于250mL单颈烧瓶中混合，超声分散1h；
(3)称取1.5004g CH4N2O，量取配制好的9.95mL 0.1M的Lu(NO3)3溶液、0.25mL0.02M Ce(NO3)3溶液于上述单颈烧瓶中，然后将单颈烧瓶置于85℃油浴锅中边搅拌边反应12h，经沉淀、离心、洗涤后，置于75℃的干燥箱烘干得到前驱体粉末；
(4)将前驱体粉末用研钵研磨均匀，放置在氧化铝坩埚中，置于马弗炉内烧结，设置烧结温度为1150℃，升温速率为8℃/min，保温时间为3h；最后，冷却至室温，得到的白色粉末为100～120nm的Lu1.99Si2O7:0.01Ce3+小尺寸纳米晶。
实施例13制备120～150nm的Lu1.99Si2O7:0.01Ce3+纳米晶
(1)制备10～30nm的模板SiO2：量取10mL去离子水，1mL无水乙醇，0.125mL NH3·H2O，并称取1.2g CTAB于烧杯中，设置油浴温度为40℃，边搅拌边滴加0.25mL Si(OC2H5)4，反应2h后离心、洗涤、烘干得到10～30nm的模板SiO2；
(2)然后称取0.0601g制备好的模板SiO2、4.5006g CTAB、量取100mL去离子水，于250mL单颈烧瓶中混合，超声分散1h；
(3)称取1.5004g CH4N2O，量取配制好的9.95mL 0.1M的Lu(NO3)3溶液、0.25mL0.02M Ce(NO3)3溶液于上述单颈烧瓶中，然后将单颈烧瓶置于85℃油浴锅中边搅拌边反应12h，经沉淀、离心、洗涤后，置于75℃的干燥箱烘干得到前驱体粉末；
(4)将前驱体粉末用研钵研磨均匀，放置在氧化铝坩埚中，置于马弗炉内烧结，设置烧结温度为1150℃，升温速率为10℃/min，保温时间为3h；最后，冷却至室温，得到的白色粉末为120～150nm的Lu1.99Si2O7:0.01Ce3+小尺寸纳米晶。
(实施例14～16为通过改变x的值制备不同掺杂Ce3+浓度的纳米晶)
实施例14制备30～50nm的Gd1.999Si2O7:0.001Ce3+纳米晶
(1)制备10～30nm的模板SiO2：量取10mL去离子水，1mL无水乙醇，0.125mL NH3·H2O，并称取1.2g CTAB于烧杯中，设置油浴温度为40℃，边搅拌边滴加0.25mL Si(OC2H5)4，反应2h后离心、洗涤、烘干得到10～30nm的模板SiO2；
(2)然后称取0.0601g制备好的模板SiO2、4.5006g CTAB、量取100mL去离子水，于250mL单颈烧瓶中混合，超声分散1h；
(3)称取1.5004g CH4N2O，量取配制好的9.995mL 0.1M的硝酸钆(Gd(NO3)3)溶液、0.025mL 0.02M Ce(NO3)3溶液于上述单颈烧瓶中，然后将单颈烧瓶置于85℃油浴锅中边搅拌边反应12h，经沉淀、离心、洗涤后，置于75℃的干燥箱烘干得到前驱体粉末；
(4)将前驱体粉末用研钵研磨均匀，放置在氧化铝坩埚中，置于马弗炉内烧结，设置烧结温度为1150℃，升温速率为1℃/min，保温时间为3h；最后，冷却至室温，得到的白色粉末为30～50nm的Gd1.999Si2O7:0.001Ce3+小尺寸纳米晶。
实施例15制备30～50nm的Gd1.9Si2O7:0.1Ce3+纳米晶
(1)制备10～30nm的模板SiO2：量取10mL去离子水，1mL无水乙醇，0.125mL NH3·H2O，并称取1.2g CTAB于烧杯中，设置油浴温度为40℃，边搅拌边滴加0.25mL Si(OC2H5)4，反应2h后离心、洗涤、烘干得到10～30nm的模板SiO2；
(2)然后称取0.0601g制备好的模板SiO2、4.5006g CTAB、量取100mL去离子水，于250mL单颈烧瓶中混合，超声分散1h；
(3)称取1.5004g CH4N2O，量取配制好的9.5mL 0.1M的Gd(NO3)3溶液、2.5mL 0.02MCe(NO3)3溶液于上述单颈烧瓶中，然后将单颈烧瓶置于85℃油浴锅中边搅拌边反应12h，经沉淀、离心、洗涤后，置于75℃的干燥箱烘干得到前驱体粉末；
(4)将前驱体粉末用研钵研磨均匀，放置在氧化铝坩埚中，置于马弗炉内烧结，设置烧结温度为1150℃，升温速率为1℃/min，保温时间为3h；最后，冷却至室温，得到的白色粉末为30～50nm的Gd1.9Si2O7:0.1Ce3+小尺寸纳米晶。
实施例16制备30～50nm的Gd1.99Si2O7:0.01Ce3+纳米晶
(1)制备10～30nm的模板SiO2：量取10mL去离子水，1mL无水乙醇，0.125mL NH3·H2O，并称取1.2g CTAB于烧杯中，设置油浴温度为40℃，边搅拌边滴加0.25mL Si(OC2H5)4，反应2h后离心、洗涤、烘干得到10～30nm的模板SiO2；
(2)然后称取0.0601g制备好的模板SiO2、4.5006g CTAB、量取100mL去离子水，于250mL单颈烧瓶中混合，超声分散1h；
(3)称取1.5004g CH4N2O，量取配制好的9.95mL 0.1M的硝酸钆(Gd(NO3)3)溶液、0.25mL 0.02M Ce(NO3)3溶液于上述单颈烧瓶中，然后将单颈烧瓶置于85℃油浴锅中边搅拌边反应12h，经沉淀、离心、洗涤后，置于75℃的干燥箱烘干得到前驱体粉末；
(4)将前驱体粉末用研钵研磨均匀，放置在氧化铝坩埚中，置于马弗炉内烧结，设置烧结温度为1150℃，升温速率为1℃/min，保温时间为3h；最后，冷却至室温，得到的白色粉末为30～50nm的Gd1.99Si2O7:0.01Ce3+小尺寸纳米晶。(实施例17～20为通过改变制备二氧化硅的反应温度调节纳米晶的尺寸)
实施例17制备50～80nm的Gd1.99Si2O7:0.01Ce3+纳米晶
(1)制备30～50nm的模板SiO2：量取10mL去离子水，1mL无水乙醇，0.125mL NH3·H2O，并称取1.2g CTAB于烧杯中，设置油浴温度为50℃，边搅拌边滴加0.25mL Si(OC2H5)4，反应2h后离心、洗涤、烘干得到30～50nm的模板SiO2；
(2)然后称取0.0601g制备好的模板SiO2、4.5006g CTAB、量取100mL去离子水，于250mL单颈烧瓶中混合，超声分散1h；
(3)称取1.5004g CH4N2O，量取配制好的9.95mL 0.1M的Gd(NO3)3溶液、0.25mL0.02M Ce(NO3)3溶液于上述单颈烧瓶中，然后将单颈烧瓶置于85℃油浴锅中边搅拌边反应12h，经沉淀、离心、洗涤后，置于75℃的干燥箱烘干得到前驱体粉末；
(4)将前驱体粉末用研钵研磨均匀，放置在氧化铝坩埚中，置于马弗炉内烧结，设置烧结温度为1150℃，升温速率为1℃/min，保温时间为3h；最后，冷却至室温，得到的白色粉末为50～80nm的Gd1.99Si2O7:0.01Ce3+小尺寸纳米晶。
实施例18制备80～100nm的Gd1.99Si2O7:0.01Ce3+纳米晶
(1)制备50～70nm的模板SiO2：量取10mL去离子水，1mL无水乙醇，0.125mL NH3·H2O，并称取1.2g CTAB于烧杯中，设置油浴温度为70℃，边搅拌边滴加0.25mL Si(OC2H5)4，反应2h后离心、洗涤、烘干得到50～70nm的模板SiO2；
(2)然后称取0.0601g制备好的模板SiO2、4.5006g CTAB、量取100mL去离子水，于250mL单颈烧瓶中混合，超声分散1h；
(3)称取1.5004g CH4N2O，量取配制好的9.95mL 0.1M的Gd(NO3)3溶液、0.25mL0.02M Ce(NO3)3溶液于上述单颈烧瓶中，然后将单颈烧瓶置于85℃油浴锅中边搅拌边反应12h，经沉淀、离心、洗涤后，置于75℃的干燥箱烘干得到前驱体粉末；
(4)将前驱体粉末用研钵研磨均匀，放置在氧化铝坩埚中，置于马弗炉内烧结，设置烧结温度为1150℃，升温速率为1℃/min，保温时间为3h；最后，冷却至室温，得到的白色粉末为80～100nm的Gd1.99Si2O7:0.01Ce3+小尺寸纳米晶。
实施例19制备100～150nm的Gd1.99Si2O7:0.01Ce3+纳米晶
(1)制备70～90nm的模板SiO2：量取10mL去离子水，1mL无水乙醇，0.125mL NH3·H2O，并称取1.2g CTAB于烧杯中，设置油浴温度为90℃，边搅拌边滴加0.25mL Si(OC2H5)4，反应2h后离心、洗涤、烘干得到70～90nm的模板SiO2；
(2)然后称取0.0601g制备好的模板SiO2、4.5006g CTAB、量取100mL去离子水，于250mL单颈烧瓶中混合，超声分散1h；
(3)称取1.5004g CH4N2O，量取配制好的9.95mL 0.1M的Gd(NO3)3溶液、0.25mL0.02M Ce(NO3)3溶液于上述单颈烧瓶中，然后将单颈烧瓶置于85℃油浴锅中边搅拌边反应12h，经沉淀、离心、洗涤后，置于75℃的干燥箱烘干得到前驱体粉末；
(4)将前驱体粉末用研钵研磨均匀，放置在氧化铝坩埚中，置于马弗炉内烧结，设置烧结温度为1150℃，升温速率为1℃/min，保温时间为3h；最后，冷却至室温，得到的白色粉末为100～150nm的Gd1.99Si2O7:0.01Ce3+小尺寸纳米晶。
实施例20制备150～200nm的Gd1.99Si2O7:0.01Ce3+纳米晶
(1)制备90～100nm的模板SiO2：量取10mL去离子水，1mL无水乙醇，0.125mL NH3·H2O，并称取1.2g CTAB于烧杯中，设置油浴温度为100℃，边搅拌边滴加0.25mL Si(OC2H5)4，反应2h后离心、洗涤、烘干得到90～100nm的模板SiO2；
(2)然后称取0.0601g制备好的模板SiO2、4.5006g CTAB、量取100mL去离子水，于250mL单颈烧瓶中混合，超声分散1h；
(3)称取1.5004g CH4N2O，量取配制好的9.95mL 0.1M的Gd(NO3)3溶液、0.25mL0.02M Ce(NO3)3溶液于上述单颈烧瓶中，然后将单颈烧瓶置于85℃油浴锅中边搅拌边反应12h，经沉淀、离心、洗涤后，置于75℃的干燥箱烘干得到前驱体粉末；
(4)将前驱体粉末用研钵研磨均匀，放置在氧化铝坩埚中，置于马弗炉内烧结，设置烧结温度为1150℃，升温速率为1℃/min，保温时间为3h；最后，冷却至室温，得到的白色粉末为150～200nm的Gd1.99Si2O7:0.01Ce3+小尺寸纳米晶。
(实施例21～22为通过改变步骤(4)的烧结温度来调节纳米晶的尺寸)
实施例21制备50～80nm的Gd1.99Si2O7:0.01Ce3+纳米晶
(1)制备10～30nm的模板SiO2：量取10mL去离子水，1mL无水乙醇，0.125mL NH3·H2O，并称取1.2g CTAB于烧杯中，设置油浴温度为40℃，边搅拌边滴加0.25mL Si(OC2H5)4，反应2h后离心、洗涤、烘干得到10～30nm的模板SiO2；
(2)然后称取0.0601g制备好的模板SiO2、4.5006g CTAB、量取100mL去离子水，于250mL单颈烧瓶中混合，超声分散1h；
(3)称取1.5004g CH4N2O，量取配制好的9.95mL 0.1M的Gd(NO3)3溶液、0.25mL0.02M Ce(NO3)3溶液于上述单颈烧瓶中，然后将单颈烧瓶置于85℃油浴锅中边搅拌边反应12h，经沉淀、离心、洗涤后，置于75℃的干燥箱烘干得到前驱体粉末；
(4)将前驱体粉末用研钵研磨均匀，放置在氧化铝坩埚中，置于马弗炉内烧结，设置烧结温度为1250℃，升温速率为1℃/min，保温时间为3h；最后，冷却至室温，得到的白色粉末为50～80nm的Gd1.99Si2O7:0.01Ce3+小尺寸纳米晶。
实施例22制备80～100nm的Gd1.99Si2O7:0.01Ce3+纳米晶
(1)制备10～30nm的模板SiO2：量取10mL去离子水，1mL无水乙醇，0.125mL NH3·H2O，并称取1.2g CTAB于烧杯中，设置油浴温度为40℃，边搅拌边滴加0.25mL Si(OC2H5)4，反应2h后离心、洗涤、烘干得到10～30nm的模板SiO2；
(2)然后称取0.0601g制备好的模板SiO2、4.5006g CTAB、量取100mL去离子水，于250mL单颈烧瓶中混合，超声分散1h；
(3)称取1.5004g CH4N2O，量取配制好的9.95mL 0.1M的Gd(NO3)3溶液、0.25mL0.02M Ce(NO3)3溶液于上述单颈烧瓶中，然后将单颈烧瓶置于85℃油浴锅中边搅拌边反应12h，经沉淀、离心、洗涤后，置于75℃的干燥箱烘干得到前驱体粉末；
(4)将前驱体粉末用研钵研磨均匀，放置在氧化铝坩埚中，置于马弗炉内烧结，设置烧结温度为1350℃，升温速率为1℃/min，保温时间为3h；最后，冷却至室温，得到的白色粉末为80～100nm的Gd1.99Si2O7:0.01Ce3+小尺寸纳米晶。
(实施例23～26为通过改变步骤(4)高温烧结时的升温速率来调节纳米晶的尺寸)
实施例23制备50～80nm的Gd1.99Si2O7:0.01Ce3+纳米晶
(1)制备10～30nm的模板SiO2：量取10mL去离子水，1mL无水乙醇，0.125mL NH3·H2O，并称取1.2g CTAB于烧杯中，设置油浴温度为40℃，边搅拌边滴加0.25mL Si(OC2H5)4，反应2h后离心、洗涤、烘干得到10～30nm的模板SiO2；
(2)然后称取0.0601g制备好的模板SiO2、4.5006g CTAB、量取100mL去离子水，于250mL单颈烧瓶中混合，超声分散1h；
(3)称取1.5004g CH4N2O，量取配制好的9.95mL 0.1M的Gd(NO3)3溶液、0.25mL0.02M Ce(NO3)3溶液于上述单颈烧瓶中，然后将单颈烧瓶置于85℃油浴锅中边搅拌边反应12h，经沉淀、离心、洗涤后，置于75℃的干燥箱烘干得到前驱体粉末；
(4)将前驱体粉末用研钵研磨均匀，放置在氧化铝坩埚中，置于马弗炉内烧结，设置烧结温度为1150℃，升温速率为4℃/min，保温时间为3h；最后，冷却至室温，得到的白色粉末为50～80nm的Gd1.99Si2O7:0.01Ce3+小尺寸纳米晶。
实施例24制备80～100nm的Gd1.99Si2O7:0.01Ce3+纳米晶
(1)制备10～30nm的模板SiO2：量取10mL去离子水，1mL无水乙醇，0.125mL NH3·H2O，并称取1.2g CTAB于烧杯中，设置油浴温度为40℃，边搅拌边滴加0.25mL Si(OC2H5)4，反应2h后离心、洗涤、烘干得到10～30nm的模板SiO2；
(2)然后称取0.0601g制备好的模板SiO2、4.5006g CTAB、量取100mL去离子水，于250mL单颈烧瓶中混合，超声分散1h；
(3)称取1.5004g CH4N2O，量取配制好的9.95mL 0.1M的Gd(NO3)3溶液、0.25mL0.02M Ce(NO3)3溶液于上述单颈烧瓶中，然后将单颈烧瓶置于85℃油浴锅中边搅拌边反应12h，经沉淀、离心、洗涤后，置于75℃的干燥箱烘干得到前驱体粉末；
(4)将前驱体粉末用研钵研磨均匀，放置在氧化铝坩埚中，置于马弗炉内烧结，设置烧结温度为1150℃，升温速率为6℃/min，保温时间为3h；最后，冷却至室温，得到的白色粉末为80～100nm的Gd1.99Si2O7:0.01Ce3+小尺寸纳米晶。
实施例25制备100～120nm的Gd1.99Si2O7:0.01Ce3+纳米晶
(1)制备10～30nm的模板SiO2：量取10mL去离子水，1mL无水乙醇，0.125mL NH3·H2O，并称取1.2g CTAB于烧杯中，设置油浴温度为40℃，边搅拌边滴加0.25mL Si(OC2H5)4，反应2h后离心、洗涤、烘干得到10～30nm的模板SiO2；
(2)然后称取0.0601g制备好的模板SiO2、4.5006g CTAB、量取100mL去离子水，于250mL单颈烧瓶中混合，超声分散1h；
(3)称取1.5004g CH4N2O，量取配制好的9.95mL 0.1M的Gd(NO3)3溶液、0.25mL0.02M Ce(NO3)3溶液于上述单颈烧瓶中，然后将单颈烧瓶置于85℃油浴锅中边搅拌边反应12h，经沉淀、离心、洗涤后，置于75℃的干燥箱烘干得到前驱体粉末；
(4)将前驱体粉末用研钵研磨均匀，放置在氧化铝坩埚中，置于马弗炉内烧结，设置烧结温度为1150℃，升温速率为8℃/min，保温时间为3h；最后，冷却至室温，得到的白色粉末为100～120nm的Gd1.99Si2O7:0.01Ce3+小尺寸纳米晶。
实施例26制备120～150nm的Gd1.99Si2O7:0.01Ce3+纳米晶
(1)制备10～30nm的模板SiO2：量取10mL去离子水，1mL无水乙醇，0.125mL NH3·H2O，并称取1.2g CTAB于烧杯中，设置油浴温度为40℃，边搅拌边滴加0.25mL Si(OC2H5)4，反应2h后离心、洗涤、烘干得到10～30nm的模板SiO2；
(2)然后称取0.0601g制备好的模板SiO2、4.5006g CTAB、量取100mL去离子水，于250mL单颈烧瓶中混合，超声分散1h；
(3)称取1.5004g CH4N2O，量取配制好的9.95mL 0.1M的Gd(NO3)3溶液、0.25mL0.02M Ce(NO3)3溶液于上述单颈烧瓶中，然后将单颈烧瓶置于85℃油浴锅中边搅拌边反应12h，经沉淀、离心、洗涤后，置于75℃的干燥箱烘干得到前驱体粉末；
(4)将前驱体粉末用研钵研磨均匀，放置在氧化铝坩埚中，置于马弗炉内烧结，设置烧结温度为1150℃，升温速率为10℃/min，保温时间为3h；最后，冷却至室温，得到的白色粉末为120～150nm的Gd1.99Si2O7:0.01Ce3+小尺寸纳米晶。
实施例27纳米晶样品表征和性能测试
经过试验对上述实施例1-26制备的纳米晶进行相关测试，结果显示，纳米晶样品尺寸在30～200nm范围内，类球形形貌，大小均一；且在紫外光辐照下，纳米晶中的激活剂Ce3+离子发出与卟啉光敏剂Soret宽吸收带相匹配的蓝紫色荧光，可用于肿瘤的光动力治疗方面。以下以实施例3制备得到的Lu1.99Si2O7:0.01Ce3+纳米晶为例，给出样品测试结果：
(1)进行扫描电镜观察，其扫描电镜SEM图如图1所示，结果显示该纳米晶尺寸为100nm左右，类球形形貌，大小均一。
(2)进行光激发，在328nm激发下得到的荧光发射光谱图如附图2所示，光谱图为328nm激发下得到的发射光谱，结果显示在375nm左右有一宽的发射峰，归因于掺杂稀土Ce3+的5d到4f(2F7/2和2F5/2)自旋轨道耦合跃迁，可见纳米晶发蓝紫色荧光。
(3)发光衰减曲线图如图3所示，通过曲线拟合，可知该纳米晶的发光衰减曲线符合单指数衰减公式：It＝A+I0exp(-t/τ)，得到的衰减时间τ＝37.6ns。
(4)图4中左图为卟啉光敏剂的吸收光谱图，图4中右图为X射线激发荧光光谱图，可知本发明的稀土焦硅酸盐纳米晶发光材料在射线辐照下能发出与卟啉光敏剂Soret宽吸收带相匹配的蓝紫光，在对人体深层肿瘤细胞的光动力治疗方面有良好的应用前景。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种稀土铈离子掺杂稀土焦硅酸盐小尺寸纳米晶的制备方法，其特征在于，以二氧化硅为模板且同时作为硅源，与含有稀土离子的溶液和含有铈离子的溶液充分混合，结合共沉淀法制备得前驱体，然后烧结制备得到小尺寸纳米晶；
所述制备方法包括以下步骤：
S1. 将二氧化硅与十六烷基三甲基溴化铵混合，超声分散于水中；
S2. 配制稀土硝酸盐溶液和硝酸铈溶液，加入沉淀剂，加热，边搅拌边反应，经离心分离、洗涤、烘干得前驱体粉末；
S3. 将前驱体粉末研磨均匀后，烧结，冷却，得到小尺寸纳米晶；
所述二氧化硅的制备方法为：将水、无水乙醇、氨水和十六烷基三甲基溴化铵混合，边搅拌边滴加正硅酸乙酯进行反应而得到；
所述烧结的温度为1100～1400 ℃；所述烧结的升温速率为1～10 ℃/min；
所述稀土铈离子掺杂稀土焦硅酸盐小尺寸纳米晶的化学组成表达式为：RE2-xSi2O7: xCe3+，RE为Lu、Gd中的一种稀土离子，x的取值范围为0.001＜x＜0.1；所述纳米晶的尺寸为30～200 nm。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二氧化硅的制备方法中的反应温度为40～100 ℃。
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Assignee: GUANGZHOU KING POWDER TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Assignor: SUN YAT-SEN University

Contract record no.: X2021440000124

Denomination of invention: Preparation and application of rare earth pyrosilicate nanocrystals doped with cerium ion

Granted publication date: 20210122

License type: Common License

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