一种稀土复合发光水凝胶材料及其制备方法与应用技术

本专利公开了一种含稀土化合物的红色发光水凝胶材料、制备方法及应用，本发明专利技术涉及的材料为YVO4:Eu/Alg，其中YVO4为钒酸钇，Eu为稀土铕元素，Alg为海藻酸钠，材料的形态为水凝胶。在该水凝胶材料中，稀土铕元素均匀掺杂在YVO4体系中，同时该化合物通过共价键方式与海藻酸钠网络骨架相连。制备是：在室温常压下进行水凝胶材料的制备；选用水做溶剂，对环境无毒害；材料后处理非常简单。该复合发光材料对大鼠胸主动脉内皮细胞显示基本无毒性，表现出优异的生物相容性。该复合发光材料对丙酮溶剂表现出良好的识别能力。本发明专利技术可作为一种潜在的丙酮溶剂识别材料。

【技术实现步骤摘要】
一种稀土复合发光水凝胶材料及其制备方法与应用
本专利技术属于水凝胶复合发光材料，尤其涉及一种含稀土化合物的水凝胶材料及其制备方法与应用。
技术介绍
制备具有良好生物相容性的稀土复合材料可以进一步扩大稀土发光材料的应用范围，传统的方法是把稀土配合物掺杂到二氧化硅或者合成类高分子材料中，以提高材料的稳定性。但是二氧化硅以及合成类高分子材料的缺点是生物相容性较差、不易生物降解。另外，传统方法制备的稀土复合材料中，需要选择合适的有机配体，当配体的三重态能级与稀土离子的第一激发态能级不匹配时，会导致荧光强度显著降低，影响了发光材料的性能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种生物相容性好，荧光强度高的含稀土化合物的红色发光水凝胶材料。此外，还提供了该含稀土化合物的红色发光水凝胶材料的制备方法和应用。为了解决上述存在的技术问题，本专利采用下述技术方案：一种含稀土化合物的红色发光水凝胶材料，YVO4:Eu以共价键方式与Alg分子的三维网络骨架相连；所述Y为稀土钇元素，Eu为稀土铕元素，VO43-为钒酸根离子，Alg为生物大分子海藻酸钠。上述含稀土化合物的红色发光水凝胶材料通过如下方法制备，包括如下步骤：S1：在去离子水中加入Alg，室温下搅拌至完全溶解并呈溶胶状；S2：将步骤S1所得的Alg溶胶逐滴加入到YCl3溶液和EuCl3溶液的混合溶液中，得到球状Y:Eu/Alg水凝胶；S3：将步骤S2所得的Y:Eu/Alg水凝胶小球与Na3VO4水溶液混合，室温下搅拌6~24h,用去离子水洗涤，得水凝胶材料YVO4:Eu/Alg。进一步的，步骤S1中，形成的Alg溶胶中，Alg的质量百分比浓度为1~4%。优选的，Alg的质量百分比浓度为1.5~3%。进一步的，步骤S2中，YCl3溶液，EuCl3溶液的摩尔浓度为分别为0.01~0.20M。优选的，YCl3溶液，EuCl3溶液的摩尔浓度为分别为0.01~0.15M。进一步的，步骤S2中，混合溶液中，Y3+，Eu3+的摩尔浓度为分别为0.03~0.15M。进一步的，步骤S2中，所述Eu3+/（Eu3++Y3+）的摩尔比值范围为0.01~0.05。在应用上，上述水凝胶材料可以作为红色荧光材料。进一步的，以该红色荧光材料识别丙酮溶剂。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：首先，本专利技术将生物相容性良好的海藻酸钠与稀土化合物通过共价键相连，使稀土化合物均匀分布在海藻酸钠网络中，避免了传统物理掺杂所制备材料的荧光猝灭现象。其次，本专利技术的水凝胶材料在302nm激发下得到红色发射光谱，最大发射峰在616nm处，为典型的稀土铕离子的纯正红色荧光发射峰，色纯度高。第三，本专利技术所选用的基质为海藻酸钠生物大分子，廉价易得。而且，海藻酸钠属于天然生物大分子，容易降解，属于环境友好型材料。第四，本专利技术的水凝胶材料经过不同有机溶剂的浸泡后，发光强度有一定程度的改变，尤其是针对丙酮溶剂有很强的识别效果。第五，本专利技术的水凝胶材料在较低浓度下对大鼠胸主动脉内皮细胞（RAECs）几乎没有毒性，表明该水凝胶复合材料具有良好的生物相容性，因此该类材料可以作为潜在的荧光生物成像材料。本专利技术的制备方法上：1）水凝胶材料的制备在常温常压下进行，工艺简单；2）所选溶剂为廉价的水，属于环境友好的溶剂；3）水凝胶材料后处理非常简单；4）选用的无机材料钒酸钠廉价易得。附图说明图1为该发光水凝胶材料的形态图。图2为该发光水凝胶材料在紫外灯照射下的图。图3为该发光水凝胶经过超临界干燥后的扫描电镜图。图4为该发光水凝胶经过超临界干燥后的Eu元素分布图。图5为该发光水凝胶经过超临界干燥后的V元素分布图。图6为该发光水凝胶经过超临界干燥后的Y元素分布图。图7为该发光水凝胶材料在616nm监测下的激发光谱图。图8为该发光水凝胶材料在302nm激发下的发射光谱图。图9为该发光水凝胶材料在不同有机分子溶剂中浸泡后的荧光发射图。图10为该发光水凝胶经过超临界干燥后的氮气吸附脱附曲线图。图11为该发光水凝胶材料采用MTT法得到的细胞毒性图。具体实施方式为了让本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图对本专利技术作进一步阐述。实施例1将1.5g海藻酸钠加入到100mL去离子水中，在室温下磁力搅拌至完全溶解。然后利用医用注射器，将海藻酸钠溶胶逐滴加入到100mL0.01M的YCl3和EuCl3的混合溶液中（其中YCl3为95mL,EuCl3为5mL），陈化12小时候后用去离子水充分洗涤，得到Y:Eu/Alg水凝胶。称取0.05gNa3VO4，加入100mL去离子水，得到Na3VO4的水溶液。把Y:Eu/Alg水凝胶小球加入到上述Na3VO4的水溶液中，在磁力搅拌器上缓慢搅拌6h后，用去离子水充分洗涤，除去残留的盐。最后，将获得的YVO4:Eu/Alg水凝胶小球用去离子水浸泡，得到发光水凝胶材料。实施例2将2.0g海藻酸钠加入到100mL去离子水中，在室温下磁力搅拌至完全溶解。然后利用医用注射器，将海藻酸钠溶胶逐滴加入到100mL0.02M的YCl3和EuCl3的混合溶液中（其中YCl3为95mL,EuCl3为5mL），陈化12小时候后用去离子水充分洗涤，得到Y:Eu/Alg水凝胶。称取0.05gNa3VO4，加入100mL去离子水，得到Na3VO4的水溶液。把Y:Eu/Alg水凝胶小球加入到上述Na3VO4的水溶液中，在磁力搅拌器上缓慢搅拌12h后，用去离子水充分洗涤，除去残留的盐。最后，将获得的YVO4:Eu/Alg水凝胶小球用去离子水浸泡，得到发光水凝胶材料。实施例3将2.5g海藻酸钠加入到100mL去离子水中，在室温下磁力搅拌至完全溶解。然后利用医用注射器，将海藻酸钠溶胶逐滴加入到100mL0.05M的YCl3和EuCl3的混合溶液中（其中YCl3为96mL,EuCl3为4mL），陈化12小时候后用去离子水充分洗涤，得到Y:Eu/Alg水凝胶。称取0.05gNa3VO4，加入100mL去离子水，得到Na3VO4的水溶液。把Y:Eu/Alg水凝胶小球加入到上述Na3VO4的水溶液中，在磁力搅拌器上缓慢搅拌12h后，用去离子水充分洗涤，除去残留的盐。最后，将获得的YVO4:Eu/Alg水凝胶小球用去离子水浸泡，得到发光水凝胶材料。实施例4将3.0g海藻酸钠加入到100mL去离子水中，在室温下磁力搅拌至完全溶解。然后利用医用注射器，将海藻酸钠溶胶逐滴加入到100mL0.15M的YCl3和EuCl3的混合溶液中（其中YCl3为98mL,EuCl3为2mL），陈化12小时候后用去离子水充分洗涤，得到Y:Eu/Alg水凝胶。称取0.05gNa3VO4，加入100mL去离子水，得到Na3VO4的水溶液。把Y:Eu/Alg水凝胶小球加入到上述Na3VO4的水溶液中，在磁力搅拌器上缓慢搅拌20h后，用去离子水充分洗涤，除去残留的盐。最后，将获得的YVO4:Eu/Alg水凝胶小球用去离子水浸泡，得到发光水凝胶材料。实施例5将1.5g海藻酸钠加入到100mL去离子水中，在室温下磁力搅拌至完全溶解。然后利用医用注射器，将海藻酸钠溶胶逐滴加入到100mL0.08M的YCl3和EuCl3的混合溶液中（其中YCl3为97mL,E本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含稀土化合物的红色发光水凝胶材料，其特征在于，稀土化合物YVO4: Eu以共价键方式与Alg网络骨架相连；所述Y为稀土钇元素，Eu为稀土铕元素，VO43‑为钒酸根离子，Alg为海藻酸钠。

【技术特征摘要】
1.一种含稀土化合物的红色发光水凝胶材料，其特征在于，稀土化合物YVO4:Eu以共价键方式与Alg网络骨架相连；所述Y为稀土钇元素，Eu为稀土铕元素，VO43-为钒酸根离子，Alg为海藻酸钠。2.一种如权利要求1所述的含稀土化合物的红色发光水凝胶材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：在去离子水中加入Alg，室温下磁力搅拌至完全溶解，呈溶胶状；S2：将步骤S1所得的Alg溶胶逐滴加入到YCl3溶液与EuCl3溶液的混合溶液中，得到球状Y:Eu/Alg水凝胶；S3：将步骤S2所得的Y:Eu/Alg水凝胶小球与Na3VO4水溶液混合，室温下搅拌6~24h,用去离子水洗涤，得水凝胶材料YVO4:Eu/Alg。3.根据权利要求2所述的含稀土化合物的红色发光水凝胶材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，形成的Alg溶胶中，Alg的质量百分比浓度为1~4%。4.根据权利要求3所述的含稀土化合物的红色...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘丰祎，
申请(专利权)人：云南师范大学，
类型：发明
国别省市：云南,53