一种铜纳米簇荧光粉及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种铜纳米簇荧光粉及其制备方法，所述铜纳米簇荧光粉至少包括第一层级金属‑有机结构和第二层级纳米簇‑金属配体结构；所述第一层级金属‑有机结构为铜原子‑有机配体组装的初级铜纳米簇；所述第二层级结构为所述初级铜纳米簇‑金属配体组装的铜纳米簇。本发明专利技术离子配体的加入显著增强了铜纳米簇的稳定性，同时也改善了铜纳米簇荧光强度不佳的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种铜纳米簇荧光粉及其制备方法
本专利技术涉及纳米发光材料
，具体涉及一种铜纳米簇荧光粉及其制备方法。
技术介绍
随着对快速无线数据通信的需求日益增长，现有的射频/微波无线技术受带宽和频谱拥塞的限制因而面临着巨大的压力，新兴的可见光通信技术，基于LED的高速闪灭和高亮度特性，将固态照明和数据通信结合在一起，逐渐发展为现有无线技术的补充。传统用于固态照明的白光LED主要是蓝光芯片激发YAG:Ce稀土荧光粉获取白光，然而该荧光粉荧光寿命较长(μs-ms级别)，-3dB调制带宽较低，仅有～2.5MHz，从而限制了光通信速率。因此，亟需开发一种短荧光寿命的高效发光材料，以改善当前光通信LED的困境。铜纳米簇是一种由几个到几十个铜原子，外围包覆有机配体的纳米团簇，相比于传统荧光材料，其合成简单、不含毒害物质且具有纳秒(ns)级别的荧光寿命，这就使得铜纳米簇非常适合作为光转换材料应用于光通信领域。然而当前铜纳米簇自身还有一些诸如荧光强度低、长期稳定性不佳的缺点，因此，需要一种提高其荧光强度和稳定性的方法，从而极大地推动其在光通信领域的应用。
技术实现思路
为解决现有技术中光通信荧光材料带宽较低的不足，本专利技术提供一种宽带较大的铜纳米簇及其绿色合成法，本专利技术合成方法效率高、制备的纳米铜簇荧光粉荧光寿命短，适用于可见光通信领域，本专利技术的铜纳米簇荧光粉至少包括第一层级结构和第二层级结构；所述第一层级结构为Cu和有机配体自组装的初级铜纳米簇；所述第二层级结构为所述第一层级结构和金属配体自组装的铜纳米簇。优选地，所述有机配体为包含巯基的氨基酸。优选地，所述包含巯基的氨基酸选自半胱氨酸、青霉胺、还原型谷胱甘肽中的一种或多种。优选地，所述金属配体选自IIA族金属离子、IIIA族金属离子、IVA族金属离子、族镧系金属离子或Cd2+中的一种或多种。优选地，所述金属配体选自Cd2+、Al3+、Pb2+、Ce3+、Eu2+、Tb2+、Er2+中的一种或多种。基于同样的专利技术构思，本专利技术另提供一种铜纳米簇荧光粉制备方法：S1：将含有Cu2+的水溶液与有机配体溶液混合均匀，加入碱性还原剂进行还原并调节pH，得到初级铜纳米簇溶液；S2:取S1中的初级铜纳米簇溶液，加入金属配体离子，离心烘干制得初级铜纳米簇-金属配体组装的铜纳米簇粉末；其中，所述有机配体为包含巯基的有机分子或硫醇类化合物，所述金属配体选自IIA族金属离子、IIIA族金属离子、IVA族金属离子、镧系金属离子或Cd2+中的一种或多种。优选地，所述S1中的Cu2+的水溶液选自CuCl2、CuBr2、Cu(NO3)2、Cu(NO3)2·3H2O、CuSO4、CuSO4·5H2O、CuCO3、Cu(CH3COO)2、Cu2(OH)2CO3、酒石酸铜的水溶液中的一种或多种。优选地，所述S1中碱性还原剂选自NaOH、KOH、NaI、NH3·H2O、Na2SO3中的一种或多种。优选地，所述S1中Cu2+的水溶液和机配体溶液中Cu2+和有机配体的摩尔比为1:0.1～5，混合均匀方式为20℃～50℃震荡10min～30min。优选地，所述S1中加入碱性还原剂的摩尔浓度为0.01～1.5mmol/L，调节pH过程为：调节pH为3～8，20℃～50℃超声5min～4h。优选地，所述S2中初级铜纳米簇溶液的浓度为1～50g/L，配体离子浓度为0.1～10mol/L。优选地，所述离心烘干过程为：20℃～70℃下搅拌0.5h～5h，离心后在温度30℃～100℃下烘干。本专利技术通过Cu2+盐与有机配体配位聚合形成第一层铜纳米团簇结构，继续由初级铜纳米团簇结构末端的有机配体作为阳离子交联剂，与金属配体的配位诱发铜纳米团簇的自组装，形成更大的团簇结构，铜纳米团簇的空间运动受限，因此降低非辐射复合通道，提高荧光。金属配体还起到抑制溶剂分子对初级铜纳米簇结构的破坏作用。通过两次聚合，实现了铜团簇的聚集体状态，利用聚集诱导发光的原理，该铜纳米团簇的荧光强度明显增强。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术通过金属配体的加入实现了团簇的二次聚合，显著增强了铜纳米簇的稳定性和荧光强度，改善了铜纳米簇的量子效率低问题；(2)本专利技术制备的铜纳米簇荧光粉荧光寿命达到了纳秒级别，带宽达到了108MHz，远高于传统稀土荧光粉的带宽，适用于光通信领域；(3)本专利技术制备铜纳米簇荧光粉的方法非常容易实现克级大批量合成，适于工业化放大生产。附图说明图1为本实施例2提供的铜纳米簇荧光粉吸收、激发和发射光谱图；图2为本实施例2提供的初级铜纳米簇电镜图；图3为加入浓度相同离子种类不同的金属离子后，铜纳米团簇的荧光强度对比图；图4为本专利技术实施例2加入不同浓度Ce3+离子配位得到的增强的铜纳米簇荧光发射光谱图；图5为本专利技术实施例2加入不同浓度Ce3+离子配位得到的增强的铜纳米簇荧光强度变化图；图6为本专利技术实施例2加入不同浓度Ce3+离子配位得到的增强的铜纳米簇的荧光图；图7为实施例2中加入Ce3+离子配位前后，铜纳米簇稳定性对比图；图8为本实施例2提供的铜纳米簇荧光衰减图；图9为本实施例2提供的铜纳米簇作为光转换材料测试的频率响应图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限制本专利技术的范围。本专利技术的铜纳米簇荧光粉包括第一层级结构和第二层级结构；其中第一层级结构为Cu和有机配体自组装的初级铜纳米簇；第二层级结构为第一层级结构和金属配体自组装的铜纳米簇。有机配体为包含巯基的氨基酸或硫醇类化合物。其中，包含巯基的氨基酸选自半胱氨酸、青霉胺、还原型谷胱甘肽中的一种或多种。金属配体选自IIA族金属离子、IIIA族金属离子、IVA族金属离子、镧系金属离子或Cd2+中的一种或多种。所述金属配体选自Cd2+、Al3+、Pb2+、Ce3+、Eu2+、Tb2+、Er2+中的一种或多种。基于同样的专利技术构思，本专利技术另提供一种铜纳米簇荧光粉制备方法：S1：将含有Cu2+的水溶液与有机配体溶液混合均匀，加入碱性还原剂进行还原并调节pH，得到初级铜纳米簇溶液；S2:取S1中的初级铜纳米簇溶液，加入金属配体离子，离心烘干制得初级铜纳米簇-金属配体组装的铜纳米簇粉末；其中，所述有机配体为包含巯基的有机分子或硫醇类化合物，所述金属配体选自IIA族金属离子、IIIA族金属离子、IVA族金属离子、镧系金属离子或Cd2+中的一种或多种。所述S1中的Cu2+的水溶液选自CuCl2、CuBr2、Cu(NO3)2、Cu(NO3)2·3H2O、CuSO4、CuSO4·5H2O、CuCO3、Cu(CH3COO)2、Cu2(OH)2CO3、酒石酸铜的水溶液中的一种或多种。所述S1中碱性还原剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铜纳米簇荧光粉，其特征在于，所述铜纳米簇荧光粉至少包括第一层级结构和第二层级结构；所述第一层级结构为Cu和有机配体自组装的初级铜纳米簇；所述第二层级结构为所述第一层级结构和金属配体自组装的铜纳米簇。/n

【技术特征摘要】
1.一种铜纳米簇荧光粉，其特征在于，所述铜纳米簇荧光粉至少包括第一层级结构和第二层级结构；所述第一层级结构为Cu和有机配体自组装的初级铜纳米簇；所述第二层级结构为所述第一层级结构和金属配体自组装的铜纳米簇。


2.如权利要求1所述的铜纳米簇荧光粉，其特征在于，所述有机配体为包含巯基的氨基酸。


3.如权利要求2所述的铜纳米簇荧光粉制备方法，其特征在于，所述包含巯基的氨基酸选自半胱氨酸、青霉胺、还原型谷胱甘肽中的一种或多种。


4.如权利要求1所述的铜纳米簇荧光粉，其特征在于，所述金属配体选自IIA族金属离子、IIIA族金属离子、IVA族金属离子、镧系金属离子或Cd2+中的一种或多种。


5.如权利要求4所述的铜纳米簇荧光粉，其特征在于，所述金属配体选自Cd2+、Al3+、Pb2+、Ce3+、Eu2+、Tb2+、Er2+中的一种或多种。


6.一种铜纳米簇荧光粉制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将含有Cu2+的水溶液与有机配体溶液混合均匀，加入碱性还原剂进行还原并调节pH，得到初级铜纳米簇溶液；
S2:取S1中的初级铜纳米簇溶液，加入金属配体离子，离心烘干制得初级铜纳米簇-金属配体组装的铜纳米簇粉末；
其中，所述有机配体为包含巯基的有机分子或硫醇类化合物，所述金属配体选自IIA族金属离子、IIIA族金属离子、IVA族金属离子、镧系金属离子或Cd2...

【专利技术属性】
技术研发人员：文卓奇，梅时良，熊志勇，邱艺，陈智浩，崔忠杰，何海洋，杨丹，杨波波，魏娴，解凤贤，郭睿倩，张万路，叶怀宇，张国旗，
申请(专利权)人：深圳第三代半导体研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44