NaGdF4：Yb/Er上轉換納米粒子的可控制備及熒光性能的研究

李耀 焦吉慶 劉麗華 魏偉 呂柏澤 劉毅 唐建國

摘 要：以油酸為配體，十八烯為溶劑，采用共沉淀法制備了NaGdF4：Yb/Er上轉換納米粒子。通過透射電鏡和熒光光譜對所制備的納米粒子進行形貌和上轉換發光性能的研究。發現通過改變反應溫度可以控制納米粒子的尺寸和形貌，并研究了溫度對尺寸和熒光強度的影響。結果表明：通過改變溫度納米粒子的尺寸可以控制在4到13 nm，并且分散均勻；溫度越高，納米粒子的尺寸越大，上轉換發光強度越高。

關鍵詞：NaGdF4：Yb/Er；共沉淀法；上轉換發光

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.205

1 前言

鑭系元素摻雜納米晶體是一類新型的納米材料，可用于細胞、組織及生物體，代替有機染料和半導體量子點作為發光探針。[1]這些納米材料具有優異的化學光學性能，包括：低的細胞毒性、大的反斯托克斯位移、尖銳的發射帶及高抗光漂白和光化學降解。[2]這些獨特的特性使稀土摻雜納米晶體在能源，安全和醫療領域具有特殊的用途。

Gd元素優越的磁性能及最低激發能級位于紫外光譜區，遠高于其他離子的最低激發能級有利于其他離子吸收能量。[3]所以本文選用NaGdF4作為基質，采用共沉淀法合成NaGdF4：Yb/Er上轉換納米粒子，通過改變反應溫度，探究NaGdF4：Yb/Er上轉換納米粒子的尺寸和上轉換發光強度。

2 實驗部分

2.1 儀器與試劑

JEM-1200EX型透射電子顯微鏡（TEM）（日本JEOL公司），RF-5301PC型熒光分光光度計（日本島津有限公司），GdCl3·6H2O、YbCl3·6H2O、ErCl3·6H2O，油酸，十八烯，甲醇，環己烷。

2.2 制備方法

GdCl3·6H2O、YbCl3·6H2O、ErCl3·6H2O按照（Gd：Yb：Er=

78：20：2）化學計量比稱取，加入含有2 mL的甲醇的三口燒瓶中。分別量取8 mL油酸，12 mL十八烯加入三口燒瓶中，攪拌30 min。將上述混合液加熱到150 ℃，保溫30 min后冷卻到50 ℃。將0.1042 g NaOH溶在2 mL甲醇中，0.1482 g NH4F 溶解在7 mL甲醇中，將兩者混合后，攪拌10 s后，加入上述混合液，50 ℃保溫30 min。在氮氣的保護下，升溫到300 ℃，反應1.5 h。洗滌溶在環己烷中保存。

3 結果與討論

圖1為在不同溫度下制備的NaGdF4：Yb/Er上轉換納米粒子透射電鏡圖。從圖中可以看出，所制備的上轉換納米粒子尺寸均一，沒有任何團聚，均勻分散。隨著溫度的升高，納米粒子的尺寸逐漸變大，尺寸從4 nm變為13 nm。

圖2為不同溫度下制備的NaGdF4：Yb/Er上轉換納米粒子在980 nm激光下的上轉換熒光光譜圖。從圖中可以看出，其上轉換的主要發生峰在532 nm，542 nm和652 nm，其分別對應Er3+離子的2H11/2 → 4I15/2，4S3/2 → 4I15/2和4F9/2 → 4I15/2能級躍遷。而且，可以看出上轉換發光強度隨著溫度的升高逐漸增強，增強的幅度也逐漸提高。

4 結論

采用共沉淀法成功制備了NaGdF4：Yb/Er納米粒子，通過改變反應溫度發現，隨著溫度的升高，納米粒子的尺寸越來越到，尺寸在4到13 nm。而且，隨著溫度的升高，上轉換發光強度也逐漸升高。

參考文獻：

[1]Han S，Samanta A，Xie X，et al. Gold and Hairpin DNA Functionalization of Upconversion Nanocrystals for Imaging and In Vivo Drug Delivery[J].Advanced Materials，2017.

[2]Ren G，Zeng S，Hao J.Tunable Multicolor Upconversion Emissions and Paramagnetic Property of Monodispersed Bifunctional Lanthanide-Doped NaGdF4 Nanorods[J].Journal of Physical Chemistry C，2011，115（41）：20141-20147.

[3]Wang F，Han Y，Lim C S，et al.Simultaneous phase and size control of upconversion nanocrystals through lanthanide doping[J]. nature，2010，463（7284）：1061-1065.

作者簡介：李耀（1990-），男，碩士生，研究方向：有機-無機光電雜化復合材料。