[发明专利]一种纳米层状复合稀土氢氧化物及其制备方法

说明书

 

技术领域  

本发明属于无机功能材料制备领域，特别涉及一种层状复合稀土氢氧化物功能材料及其制备方法。

 

背景技术  

稀土元素是周期表中IIIB族钪、钇和镧系元素之总称。稀土元素具有独特的4f电子层结构，导致含有稀土的化合物具有许多独特的理化性质，因而在光、电、磁、催化等领域得到广泛的应用，具有工业味精的美誉。在稀土功能材料的应用与发展中，稀土发光材料具有荧光谱线丰富，荧光寿命长，稳定性好等优点，因而格外引人注目。基于稀土的多功能特性，开展对稀土功能材料的研究与开发对我国这样一个稀土大国而言具有重要的理论研究意义与实际应用价值。

层状稀土化合物(LRHs)是一类具有层状结构的新型无机层状功能材料，组成通式可以表示为：RE₂(OH)₅Cl·nH₂O，其中RE³⁺为层板中的稀土金属离子，如Y³⁺、Eu³⁺、Gd³⁺、Tb³⁺、Dy³⁺、Ho³⁺、Er³⁺等；n为层间水分子的个数，n的大小一般受制备方法，层间稀土离子的种类以及环境湿度等因素的影响而变化。层板上的三价稀土阳离子与羟基/层间阴离子形成八/九配位结构，在层板上均匀分布。由于稀土离子具有半径相似的特点，其层板上的三价稀土离子可以被其他稀土离子同晶取代，这种取代有利于整合不同稀土离子的特性，可以对稀土化合物的形貌与功能起调节作用。这些为复合层状稀土材料的功能化奠定了基础。

LRHs独特的层状结构决定了它具有离子交换的特性，即LRHs前驱体层间的Cl^–可以和其它阴离子在适当的条件下进行交换，从而得到所需要的产物。

结合稀土离子骨架与这种层状结构的特性，LRHs在药物运载，生物标记，荧光材料等领域具有很好的应用前景。Laurea J. Mcintyre 等采用离子交换法，制备出一些列插层RE₂(OH)₅A_0.5·nH₂O，其中A^2–为层间阴离子，如C₂O₄^2–、C₂H₂O₄^2–、C₈H₄O₄^2–、C₁₀H₁₂SO₄^2–等。In Su Lee 等人以Eu³⁺掺杂和Tb³⁺掺杂的LGdH为前驱体，通过退火制备了相应的GdOCl薄膜，通过改变前驱体中Eu³⁺掺杂和Tb³⁺掺杂的比例调节产物的发光波长，制备出了可以多色发光的钆的氯氧化物薄膜。

目前的LRHs材料的功能化有两个大的发展方向。一是赋予LRHs材料荧光发射的能力。LRHs本身具有药物运载的能力，再结合荧光性能后可以更好地实现其生物医学应用。目前LRHs材料实现荧光特性主要有稀土掺杂和装载荧光分子两种方式。稀土掺杂主要是Eu和Tb两种元素的掺杂。但是此种方式面临荧光效率低和发光谱线单调等问题。而装载荧光分子如绿色荧光蛋白则占用了LRHs的药物运载能力，无法实现LRHs的载药和成像的综合应用。因此实现LRHs的荧光发射和保留其药物运载的能力是现在材料科学家的努力方向之一。第二个发展方向是对LRHs材料进行表面有机改性。LRHs的表面有大量的活性羟基，容易软团聚，而且与有机材料的相容性不好，作为有机添加剂使用时容易降低基质材料的稳定性和力学性能。因此，对LRHs材料进行表面有机改性，提高其稳定性和与有机基质的相容性，实现其在有机添加剂和生物材料等领域的应用也是大家的研究方向之一。