[发明专利]一种水溶性纳米发光材料制备方法和水溶性纳米发光材料

说明书

本申请公开了一种水溶性纳米发光材料制备方法，制备的发光材料的发光颜色可以在绿光和蓝绿光之间调节，Eusupgt;3+/supgt;和Ssupgt;2‑/supgt;共掺杂的ZnO发光材料的发光积分强度均优于ZnO。用半胱氨酸修饰后，不但提高了材料的发光强度，还改善了材料的水溶性。解决了目前ZnO纳米材料发光强度弱及水溶性差的技术问题。

技术领域

本申请涉及半导体纳米材料技术领域，尤其涉及一种水溶性纳米发光材料制备方法和水溶性纳米发光材料。

背景技术

纳米发光材料是指基质的粒子在1～100nm的发光材料。纳米发光材料由于其优越的发光性能及其在化学传感器、生物标记以及医学成像等领域的广泛应用，逐渐成为新功能材料中重要的一个分支。

在纳米发光材料领域，ZnO纳米粒子格外引人注目，这是因为：(1)ZnO的激子束缚能高达60meV，室温下的禁带宽度一般为3.37eV，使其从理论上具备了从紫外至可见光稳定的发射本领，在光电转换、光催化及传感器等领域有着广阔的应用前景；(2)该材料具有优良的化学稳定性及很强的抗辐射损伤能力；(3)不含任何有毒元素，制备方法简单，原料价格低廉、丰富易得，已在光电探测器、太阳能电池，尤其是生物传感器和生物荧光标记等领域展现出了巨大的应用潜力。但是，通常制备的ZnO纳米粒子存在量子效率低、发光强度弱、易团聚、表面缺陷态多、水溶性和稳定性差等缺点，无法满足生物标记的应用需求。为了拓展其在生物医学领域的应用潜力，需发展新型高发光强度及优异生物相容性的ZnO纳米粒子，以提高ZnO纳米粒子的生物可利用性。大量的研究工作已表明：稀土离子Eu3+或阴离子S2-的掺杂能提高ZnO纳米粒子的发光性能，表面修饰不仅能进一步提高其发光强度，还能有效改善纳米粒子的生物相容性。可以预测：经过表面修饰的阴阳离子共掺杂的ZnO:S,Eu纳米粒子会因为Eu3+和S2-的协同作用而表现出更优异的物理化学性能，如：量子产率高、发光强度强、发光颜色可调、生物相容性优异等等。因此，采用铕和硫离子的共掺同时进行叶酸和半胱氨酸表面修饰，不但能进一步提高ZnO纳米粒子的发光性能及生物相容性，而且能利用铕离子的特性丰富ZnO纳米粒子的发光形式和发光机制，扩展ZnO纳米粒子在生物医学领域的应用。但现阶段，ZnO纳米材料的发光强度较弱，且水溶性较差。

发明内容

本申请提供了一种水溶性纳米发光材料制备方法和水溶性纳米发光材料，用于解决现有的ZnO纳米材料的发光强度较弱和水溶性较差的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种水溶性纳米发光材料制备方法，包括以下步骤：

步骤1、按照化学组成表达式Zn_1-xO_0.95S_0.05Eu_x中掺杂元素的摩尔比称取Zn(CH₃COO)₂、C₂H₅NS、NaOH和Eu(CH₃COO)₃，其中，x为相应掺杂元素Eu相对于Zn所占的摩尔百分比系数，x的取值范围为0.05≤x≤0.09；

步骤2、将称取好的Zn(CH₃COO)₂、C₂H₅NS、NaOH和Eu(CH₃COO)₃分别溶解于100mL去离子水中，然后置于微波反应器中反应，其中，反应温度为50℃，反应时间为4h，反应结束之后用去离子水溶解，离心分离，洗涤，得到第一沉淀物；

步骤3、将步骤2中的第一沉淀物在60℃下干燥24h，精细研磨后置于200℃真空干燥箱中反应3h，即得白色粉末样品A；

步骤4、用丙酮清洗步骤3中的样品，然后加入正己烷及半胱氨酸，研磨至正己烷完全挥发后，将产物溶于去离子水中，离心分离，洗涤，得到第二沉淀物；

步骤5、将步骤4中的第二沉淀物在60℃下干燥5h，然后精细研磨，即得粉末样品B；