[发明专利]一种上转换发光材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及发光材料领域，特别提供了一种上转换发光材料及其制备方法和应用。

背景技术

稀土离子的上转换发光是指采用波长较长的激发光照射掺杂稀土离子的样品时,发射出波长小于激发光波长的光的现象。上转换发光材料在数据存储传输、光显示，红外探测，荧光防伪，荧光探针，生物传感器，生物成像，太阳能电池等领域均有广泛的应用前景。与传统的下转换荧光材料(如量子点、有机染料等)相比，上转换材料有许多的优势，如低毒性、高光致稳定性、低背景荧光、色纯度高和长寿命等。

由于氟化物具有较低的声子能量，是现在公认的上转换效率最高的基质材料，并被广泛的研究。目前，β-NaYF₄是公认的上转换效率最高的氟化物基质材料。近几年来的研究表明，β-NaLuF₄结构与β-NaYF₄相同，但其上转换发光强度远高于相同条件下合成的β-NaYF₄，报道的β-NaLuF₄：Yb³⁺，Tm³⁺，在980nm激发下可产生很强的紫外和蓝色上转换发光(CrystEngComm,2011,13,3782–3787)。但是，在相同条件下合成的β-NaLuF₄，其尺寸要比β-NaYF₄大很多，这就限制了其在生物领域的应用。

因此，获得小尺寸、高发光效率的β-NaLuF₄是亟待解决的问题。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种上转换发光材料及其制备方法和应用，以至少解决以往上转换发光材料具有尺寸大，发光效率低等问题。

本发明一方面提供了一种上转换发光材料，其特征在于，所述材料为纳米级六角盘状氟化物，其具有以下化学通式：

NaLu_1-x-y-zR_xYb_yM_zF₄     (1)

其中，R为稀土元素Y或Y与Gd、La的任意组合；M为稀土元素Ho、Er、Tm中的一种或其任意组合；

且所述x、y、z满足以下条件：

0<x≤0.5、0.1≤y≤0.5、0<z≤0.1。

优选，所述x满足以下条件：0＜x≤0.3。

进一步优选，所述材料为六角晶系，具有β-NaLuF₄结构。

进一步优选，所述材料在红外光激发下，发射光谱范围为400-900nm。

进一步优选，所述材料的颗粒直径可通过R的种类和含量不同在10-200nm范围内连续调节。

本发明另一方面还提供了一种上转换发光材料的制备方法，其特征在于：以十八烯为溶剂，以油酸为络合剂的溶剂热法。

优选，所述方法包括以下步骤：

包括以下步骤：

1)按照化学通式(1)中各元素的化学计量比，分别称取含有Lu³⁺的化合物、含有R³⁺的化合物、含有Yb³⁺的化合物以及含有M³⁺的化合物加入三颈烧瓶中；

2)将油酸和十八烯按体积比2:5加入到三颈烧瓶中后，在氮气或惰性气体的条件下，加热至140-180℃保持30-60分钟，然后冷却到50℃，形成溶液A；

3)按照化学通式(1)中F_-和Na⁺的化学计量比称取NH₄F和过量的NaOH，并溶于甲醇，得到溶液B；

4)将所述溶液B缓慢注射到所述溶液A中后，加热到40-60℃保持30-60分钟，将甲醇蒸发掉，得到溶液C；

5)继续在氮气或惰性气体的条件下，将所述溶液C加热到300-330℃保持1-3小时，然后冷却到室温，形成纳米晶；

6)将所述纳米晶用过量的无水乙醇沉淀，多次离心得白色膏状物，即制得上转换发光材料。

进一步优选，步骤1)中所述含有Lu³⁺的化合物、含有R³⁺的化合物、含有Yb³⁺的化合物以及含有M³⁺的化合物为含有相应离子的氯酸盐或醋酸盐。

进一步优选，步骤3)中所述过量的NaOH为按照化学通式(1)中Na⁺计量比的2-3倍。