[发明专利]一种水溶性铽掺杂氟化钙纳米粒子、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种水溶性铽掺杂氟化钙纳米粒子及其制备方法，按以下步骤进行：2，6‑吡啶二甲酸、NaOH、无机钙盐、无机铽盐、碱金属氟化物混合制备反应混合液；反应混合液水热反应制备胶体溶液；胶体溶液纯化得到水溶性铽掺杂氟化钙纳米粒子。本发明还提供了一种上述方法制备出的水溶性铽掺杂氟化钙纳米粒子在过渡金属离子识别中的应用。本发明制备出的纳米粒子尺寸分布均匀，粒径小，在紫外光的激发下能发射强的Tb³⁺特征荧光，且能与过渡金属离子发生识别作用。此外，本发明的制备方法简单，易于放大，可控性好，产品性能优异，不仅可以识别金属离子，还有望可用于分析化学，生物、医学荧光探针，示踪，防伪等领域。

技术领域

本发明属于无机材料制备技术领域，具体涉及一种水溶性铽掺杂氟化钙纳米粒子、制备方法及其应用。

背景技术

从上世纪末开始，随着纳米科学技术的发展，纳米发光材料逐渐引起人们的浓厚兴趣，日益受到人们的关注。稀土元素具有丰富的电子能级，通过恰当的稀土离子掺杂可以获得具有从紫外光区、可见光区到近红外区等各种波长吸收和发射的稀土发光材料，将稀土发光材料纳米化后能使其在原有性质的基础上产生更加优异的性能，这将有利于发现新的发光材料并开拓新的特性。目前探索制备稀土纳米材料的新方法、改善纳米粒子的分散性以及对纳米粒子的形貌和尺寸进行有效调控是该领域开展的主要工作。

用于稀土发光纳米材料的基质材料主要有氧化物、磷酸盐、矾酸盐、氟化物，其中，氟化物基质具有更加显著的优点，比如结构具有多样性，解离能低，在紫外到红外光区这样宽波长范围内具有高透光度、良好的光学均匀性和热稳定性以及较低的声子能量，而低的声子能可以减少活性离子的非辐射跃迁。氟化物的这些特性使得其成为一种非常理想的基质材料。

稀土掺杂氟化物的早期研究大多集中在合成体相材料方面，近年来虽然关于稀土掺杂氟化物纳米粒子的报道有很多，但能够在溶剂中溶解、尤其是能够在水中溶解的稀土掺杂氟化物纳米粒子的报道却不多。具有良好水溶性、强发光的纳米粒子具有诸多的应用前景，比如：在分析化学中用于金属离子的测定，在生物领域用于生物大分子的标记与检测、细胞及生物组织的荧光标记与成像以及活体成像，显示，防伪等。由于稀土掺杂纳米粒子的水溶性与发光强度是矛盾的两个方面，因此，开发成本低、具有良好水溶性、发光强度高、易于大量生产的稀土掺杂纳米粒子仍是一个挑战，该方面的研究具有一定的理论和实际意义。

发明内容

本发明提供了一种水溶性铽掺杂氟化钙纳米粒子及其制备方法，解决了现有技术中很少能制备出能在水中溶解的铽掺杂氟化物纳米粒子，且即使制备出来了，也存在铽掺杂纳米粒子的水溶性与发光强度相互矛盾的问题。

本发明的第一个目的是提供一种水溶性铽掺杂氟化钙纳米粒子的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将2，6-吡啶二甲酸与蒸馏水按照1：38的体积比混合后超声溶解，得到2，6-吡啶二甲酸水溶液；

往2，6-吡啶二甲酸水溶液加入NaOH并超声溶解15min，溶解完毕再加入无机钙盐和无机铽盐，超声溶解15-30min，得到含盐混合液；

往含盐混合液中加入碱金属氟化物并超声溶解15-30min，溶解完毕得到反应混合液；

其中，2，6-吡啶二甲酸、NaOH、无机钙盐、无机铽盐、碱金属氟化物的摩尔比为1：1：0.95：0.05：1.65；

步骤2，将步骤1中反应混合液密封后于150℃下反应16h，反应完毕后冷却至室温，得到胶体溶液；

步骤3，将步骤2中胶体溶液于120℃下浓缩后再以10000r/min的速度离心10min，分离出白色沉淀物；将白色沉淀物用体积浓度为95％的乙醇溶液洗涤、离心、干燥，即得到所述水溶性铽掺杂氟化钙纳米粒子。