一种基于钼酸镱基质的高效上转换荧光纳米材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种基于钼酸镱基质的高效上转换荧光纳米材料及其制备方法和应用。具体地，所述材料包含式I所示化合物作为发光材料和任选的MoO3作为不发光材料，其中，X为掺杂的稀土元素，选自下组：Er、Ho、Tm、Eu、Nd、Gd、Tb、Ce、Sm、或其组合；a＝0.03‑1。本发明专利技术还公开了所述材料的制备方法和应用。所述材料具有稳定的晶体结构和高的荧光上转换绝对量子产率，可极大地推进光频上转换材料的推广应用。Yb2-aXaMo4O15  I。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及材料领域，具体地涉及一种基于钼酸镱基质的高效上转换荧光纳米材料及其制备方法和应用。
技术介绍
光频上转换，即材料通过吸收两个或多个长波长的低能量光子之后释放出一个短波长的高能量光子的物理过程，是一种反斯托克斯发光过程。光频上转换材料，通常由稀土离子掺杂到特定的基质载体而获得。这类材料在红外探测、激光、显示技术、标记成像和能源等领域都有广泛应用价值。特别地，由于上转换材料通常采用低能量近红外光源作激发源，其不会被生物样品吸收，从而可有效避免样品的自发荧光，进而提高检测信噪比，因此所述材料在生物标记和成像领域具有很好的应用前景。在光频上转换材料中，基质材料属性是影响其上转换发光效率的重要因素。现有上转换材料的基质主要基于氟化物(如NaYF4、LiYF4、YF3)、氧化物(Yb2O3、Y2O3)以及金属盐类(Ln2BaZnO5、Ln＝Y或Gd)等，使用上述基质材料所得上转换材料的上转换荧光量子产率低(纳米级材料约为0.005％-0.3％，体相材料约为<3％)，这严重限制了光频上转换材料的推广应用。因此，本领域急需开发一种新的具有高上转换荧光量子产率的光频上转换材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新的具有高上转换荧光量子产率的光频上转换材料。本专利技术的第一方面，提供了一种荧光上转换纳米晶材料，所述材料包含式I所示化合物作为发光材料和任选的MoO3作为不发光材料，Yb2-aXaMo4O15 I其中，X为掺杂的稀土元素，选自下组：Er、Ho、Tm、Eu、Nd、Gd、Tb、Ce、Sm、或其组合；a＝0.03-1。在另一优选例中，所述材料具有Yb2Mo4O15晶相。在另一优选例中，所述材料中，稀土元素X占据元素Yb的位置。在另一优选例中，a＝0.05-0.8，较佳地0.08-0.5，更佳地0.1-0.3，最佳地0.13-0.2。在另一优选例中，a＝0.15-0.19，优选为0.17。在另一优选例中，所述材料的粒径为35-150nm，较佳地40-120nm，更佳地50-100nm，最佳地55-80nm。在另一优选例中，所述材料中，式I所示化合物和MoO3的摩尔比为1-5：5-1。在另一优选例中，式I所示化合物和MoO3的摩尔比为1-2：3-1。在另一优选例中，所述材料具有选自下组的一个或多个特征：1)在波长为975nm的近红外光激发下，所述材料的荧光上转换绝对量子产率≥1.3％，较佳地≥1.5％；2)当所述材料进一步形成为尺寸为微米级的体相材料时，其荧光上转换绝对量子产率≥5％，较佳地≥8％；3)在波长850-1000nm的近红外光源激发下，所述材料能被激发并实现上转换荧光发射；4)所述材料除能检测到上转换荧光发射外，在短波长(≤420nm)光源激发下，亦能实现强的斯托克斯荧光发射，发射峰位与上转换荧光发射峰位一致。本专利技术的第二方面，提供了一种本专利技术第一方面所述材料的制备方法，包括如下步骤：1)提供一混合溶液，所述混合溶液包含镱盐、稀土元素X的盐、钼酸盐和用于溶解前述盐的溶剂；2)加热处理所述混合溶液，得到固体前驱体；3)任选地干燥处理步骤2)所得固体前驱体；4)在空气氛围下，煅烧处理前述步骤所得产物，得到本专利技术第一方面所述材料。在另一优选例中，所述镱盐选自下组：醋酸盐、卤代醋酸盐、卤化盐、或其
组合。在另一优选例中，所述稀土元素X的盐选自下组：醋酸盐、卤代醋酸盐、卤化盐、或其组合。在另一优选例中，所述钼酸盐选自下组：钼酸铵、醋酸钼、卤化钼、或其组合。在另一优选例中，所述溶剂选自下组：水、醋酸、卤代醋酸、或其组合。在另一优选例中，所述混合溶液的pH为2-5，较佳地为3-4，优选为3。在另一优选例中，所述混合溶液中，所述镱盐、所述稀土元素X的盐、所述钼酸盐的摩尔比为1.97－1：0.03－1：0.1-4，较佳地1.9－1.7：0.05－0.1：0.3－4。在另一优选例中，所述混合溶液中，所述镱盐、所述稀土元素X的盐、所述钼酸盐的质量比为5-15：0.5-1.5：3-9，较佳地8-12：0.8-1.2：4.5-7.5。在另一优选例中，步骤2)所述加热处理的处理温度为40-100℃，较佳地50-90℃,优选70℃。在另一优选例中，步骤2)所述加热处理的处理时间为0.1-10小时，较佳地0.3-6小时，更佳地0.5-3小时。在另一优选例中，在步骤2)之后还任选地包括如下循环进行的步骤：2-1)离心收集前述步骤所得固体产物；2-2)清洗前述步骤所得固体产物。在另一优选例中，所述循环的次数为2-5次。在另一优选例中，步骤3)所述干燥处理的处理温度为80-200℃，较佳地100-150℃。在另一优选例中，步骤3)所述干燥处理的处理时间为1-10小时，较佳地2-6小时。在另一优选例中，步骤4)所述煅烧处理的处理温度为600-740℃，较佳地650-720℃，更佳地680-710℃；和/或步骤4)所述煅烧处理的处理时间为0.5-10小时，较佳地1-6小时，更佳地1.5-3小时。本专利技术的第三方面，提供了一种本专利技术第一方面所述材料的用途，用于制备选自下组的物质：显影剂、标记物、激光材料、能源转换材料或器件、发光照明材
料或器件、或其组合。本专利技术的第四方面，提供了一种制品，所述制品包含本专利技术第一方面所述材料或由本专利技术第一方面所述材料制成。在另一优选例中，所述制品选自下组：显影剂、标记物、激光材料、能源转换材料或器件、发光照明材料或器件、或其组合。应理解，在本专利技术范围内中，本专利技术的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。附图说明图1为实施例1所得产物的TEM测试结果。图2为实施例1所得产物的XRD测试结果。图3为实施例1所得产物在975nm光源激发下的上转换荧光发射谱。图4为实施例2所得产物在975nm光源激发下的上转换荧光发射谱。图5为实施例3所得产物在975nm光源激发下的上转换荧光发射谱。图6为实施例1所得产物在975nm光源激发下的上转换荧光量子产率测试谱图。具体实施方式本专利技术人经过长期而深入的研究，采用钼酸镱为基质材料，通过在其中掺杂特定含量的一种或多种稀土元素，制备得到一种晶体结构稳定且具有高的上转换荧光量子产率的荧光上转换纳米晶材料。所述材料的发现可极大地推进光频上转换材料在生物标记、成像、红外探测、激光和能源等领域的应用。在此基础上，专利技术人完成了本专利技术。荧光上转换纳米晶材料本专利技术提供了一种荧光上转换纳米晶材料，所述材料包含式I所示化合物作为发光材料和任选的MoO3作为不发光材料，Yb2-aXaMo4O15 I其中，X为掺杂的稀土元素，选自包括(但并不限于)下组的元素：Er、Ho、Tm、Eu、Nd、Gd、Tb、Ce、Sm、或其组合；a＝0.03-1。在另一优选例中，所述材料具有Yb2Mo4O15晶相。在另一优选例中，所述材料中，稀土元素X占据元素Yb的位置。在本专利技术中，a＝0.05-0.8，较佳地0.08-0.5，更佳地0.1-0.3，最佳地0.13-0.2。典型地，a＝0.15-0.19，优选为0.17。在另一优选例中，所述材料的粒径为35-150nm，较佳地40-120nm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种荧光上转换纳米晶材料，其特征在于，所述材料包含式I所示化合物作为发光材料和任选的MoO3作为不发光材料，Yb2‑aXaMo4O15   I其中，X为掺杂的稀土元素，选自下组：Er、Ho、Tm、Eu、Nd、Gd、Tb、Ce、Sm、或其组合；a＝0.03‑1。

【技术特征摘要】
1.一种荧光上转换纳米晶材料，其特征在于，所述材料包含式I所示化合物作为发光材料和任选的MoO3作为不发光材料，Yb2-aXaMo4O15 I其中，X为掺杂的稀土元素，选自下组：Er、Ho、Tm、Eu、Nd、Gd、Tb、Ce、Sm、或其组合；a＝0.03-1。2.如权利要求1所述材料，其特征在于，a＝0.05-0.8，较佳地0.08-0.5，更佳地0.1-0.3，最佳地0.13-0.2。3.如权利要求1所述材料，其特征在于，a＝0.15-0.19，优选为0.17。4.如权利要求1所述材料，其特征在于，所述材料的粒径为35-150nm，较佳地40-120nm，更佳地50-100nm，最佳地55-80nm。5.如权利要求1所述材料，其特征在于，所述材料中，式I所示化合物和MoO3的摩尔比为1-5：5-1。6.如权利要求1所述材料，其特征在于，所述材料具有选自下组的一个或多个特征：1)在波长为975nm的近红外光激发下，所述材料的荧光上转换绝对量子产率≥1.3％，较佳地≥1.5％；2)当所述材料进一步形成为尺寸为微米级的体相材料时，其荧光上转换绝对量子产率≥5％，较佳地≥8％；3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海桥，方俊锋，刘小辉，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33