石墨烯和稀土上转换荧光复合材料及制备方法技术

本发明专利技术提供的是石墨烯和稀土上转换荧光复合材料及制备方法。以石墨粉为原料采用Hummer法制备氧化石墨；)将5～85mg氧化石墨超声分散在24～60mL水中，再将总摩尔量为0.05～1mmol的Y(NO3)、Yb(NO3)和Er(NO3)以化学计量比78:20:2添加到氧化石墨分散物中，加入0.02～0.5gNaF，搅拌5～10min后，转移到100mL反应釜中，200～240°C反应4-24h，自然冷却到室温，离心分离并用去离子水洗涤两次，则得到石墨烯和钇的氟化物上转换荧光粉的复合材料，包括石墨烯-YF3:Yb,Er、石墨烯-(α)NaYF4:Yb,Er、石墨烯-(β)NaYF4:Yb,Er中的一种或两种或三种的混合物。本发明专利技术法过程简单、原料无毒，能通过简单调整水热反应条件改变稀土上转换荧光材料的类别，调整最终复合材料的上转换荧光性质。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是ー种石墨烯和稀土上转换荧光复合材料。本专利技术也涉及ー种石墨烯和稀土上转换荧光复合材料的制备方法。
技术介绍
石墨烯具有Sp2杂化的单层碳原子结构，因此具有先进的机械、光和电学性质。从2004年发现至今一直是材料和生物
的研究热点，尤其是在探索石墨烯在物理、化学和生物领域的应用价值方面。目前，石墨烯在纳米电子学、纳米传感器和纳米复合物等方面的研究已经取得了重要进展。然而，如何进ー步优化石墨烯以满足其在更广阔领域的应用仍然是研究人员最高关心的问题。优化石墨烯最快捷且实用的方法就是将石墨烯与其他材料复合制备更先进的石墨烯基复合材料。这种复合材料同时具备两种材料的优异性能，功能性更强，因此应用范围更广，例如在传感器、太阳能电池、晶体管和生物芯片等领域。然而，石墨烯自身的疏水性一方面限制了其在水溶液中的应用，另一方面也提高了复合其他功能材料的难度。最简单的解决方法就是利用其前驱体氧化石墨作为基质。氧化石墨不但具备石墨烯的单层碳原子薄片结构，而且在其表面存在大量的羟基和环氧基，易于复合其他功能材料。因此，目前石墨烯基复合材料大多是以氧化石墨作为基质材料。目前，已报道的石墨烯基复合材料有石墨烯-金属复合材料、石墨烯-磁性氧化物复合材料和石墨烯-荧光粉复合材料等，其中，石墨烯-荧光粉基复合材料由于其在光催化和光学限幅领域的广阔应用前景引起了我们的关注。稀土上转换荧光材料以其大斯托克斯位移、窄发射光谱、长荧光寿命、高化学/光化学稳定性、低毒性和红外到可见光激发等独特优势在众多荧光材料中脱颖而出，成为荧光材料的首选。目前虽有这方面研究，但遗憾的是得到的复合材料的荧光性质都很差。综上，系统研究功能化不同类别的稀土上转换荧光材料的石墨烯-荧光粉复合材料的研究还没有报道过，此外，能够制备具有良好上转换荧光性质的石墨烯-稀土上转换荧光复合材料的方案或路线也没有报道过。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供ー种具有良好上转换荧光性质石墨烯和稀土上转换荧光复合材料。本专利技术的目的还在于提供ー种过程简单、原料无毒的石墨烯和稀土上转换荧光复合材料的制备方法。本专利技术的目的是这样实现的本专利技术的石墨烯和稀土上转换荧光复合材料的构成及化学表达式为石墨烯-YF3: Yb，Er、石墨烯-(a ) NaYF4: Yb，Er 或石墨烯-(P ) NaYF4: Yb，Er，其中“-”表示功能化，“”表示掺杂，“ a ”表示a相，“ 0 ”表示0相。本专利技术的石墨烯和稀土上转换荧光复合材料的制备方法为(I)以石墨粉为原料采用Hummer法制备氧化石墨；(2)将5 85mg氧化石墨超声分散在24 60mL水中，再将总摩尔量为0.05 Immol的Y(NO3)、Yb(NO3)和Er(NO3)以化学计量比78:20:2添加到氧化石墨分散物中，加入0. 02 0. 5g NaF，搅拌5 IOmin后，转移到IOOmL反应釜中，200 240° C反应4-24h，自然冷却到室温，离心分离并用去离子水洗涤两次，则得到石墨烯和钇的氟化物上转换荧光粉的复合材料，包括石墨烯_YF3:Yb，￡1'、石墨烯-レ)似￥ 4:￥13，Er、石墨烯-(3 )NaYF4:Yb,Er中的ー种或两种或三种的混合物，其中“-”表示功能化，“”表示掺杂，“ a ”表示a相，“ 0 ”表示0相。将65 85mg氧化石墨超声分散在24mL水中，再将总摩尔量为Immol的Y(NO3)、Yb (NO3)和Er(NO3)以化学计量比78:20:2添加到氧化石墨分散物中，加入0. 76 I. Og柠檬酸钠，搅拌5min后，加入24mLこ醇，剧烈搅拌条件下滴加24mL溶有0. 3 0. 5gNaF的水和こ醇的体积比为I的溶液，调节pH值到3，转移到IOOmL反应釜中，240° C反应4h，得到石墨烯和P相NaYF4:Yb，Er荧光粉的复合材料，表示为石墨烯-(P)NaYF4:Yb，Er。·将5 7mg氧化石墨超声分散在60mL水中，再将总摩尔量为0. 05mmol的Y(NO3)、Yb (NO3)和Er(NO3)以化学计量比78:20:2添加到氧化石墨分散物中，加入0. 02 0. 2gNaF，搅拌IOmin后，转移到IOOmL反应釜中，200° C反应24h，自然冷却到室温，离心分离并用去离子水洗涤两次，则得到石墨烯和钇的氟化物上转换荧光粉的复合材料，包括石墨烯-YF3: Yb, Er 和石墨烯 _(a) NaYF4: Yb, Er。本专利技术采用水热法制备三种石墨烯-稀土上转换荧光复合材料，包括石墨烯-YF3: Yb，Er、石墨烯-(a ) NaYF4: Yb，Er和石墨烯-(P ) NaYF4: Yb, Er0此法具有如下特点，一是水热反应过程中，在将氧化石墨还原为石墨烯的同时，将不同类别的稀土上转换荧光粒子功能化到石墨烯材料上；ニ是该水热法过程简单、原料无毒，能通过简单调整水热反应条件分别将YF3: Yb，Er、a相NaYF4: Yb，Er和@相NaYF4 = Yb, Er三种不同的稀土上转换荧光粒子均匀复合到石墨烯材料上；三是能够通过改变稀土上转换荧光材料的类别，调整最终复合材料的上转换荧光性质。该方法及设计路线较其它方法具有反应条件稳定、便捷、复合粒子分散均匀且纯度高和绿色环保等特点，最重要的是，最終优化得到石墨烯-(3)NaYF4IYb, Er复合材料中Er3+的上转换发射強度目前在同类石墨烯-荧光粉复合材料中最高。其具体制备方案、优化结果以及理论的通用性在国内外尚属空白。本专利技术的复合材料在980nm激发光下发出强上转换突光(与光功能化石墨烯复合材料相比)，在光催化和光学限幅领域应用前景广阔。附图说明图I (a)为氧化石墨的XRD图，图I (b)为氧化石墨的SEM照片。图2为具体实施方式(一)利用氧化石墨水热制备石墨烯_YF3:Yb，Er复合材料的过程示意图。图3中的曲线(a)、(b)和(C)分别是具体实施方式(一)(ニ)和(三)的产物石墨烯-YF3: Yb, Er、石墨烯-(a) NaYF4: Yb, Er 和石墨烯-(￠) NaYF4: Yb, Er 的 XRD 图 JCPDS32-1431 和 JCPDS16-0334 分别是 YF3 和 ^ 相 NaYF4:Yb, Er 的标准卡片。图4(a)-图4(b)、图4(c)-图4(d)和图4(e)-图4(f)分别是具体实施方式(一)(ニ)和(三)的产物石墨烯-YF3: Yb, Er、石墨烯-(a) NaYF4: Yb, Er和石墨烯-(￠)NaYF4IYb, Er的SEM和TEM照片;其中图4 (f)为复合于石墨烯上的P相NaYF4: Yb, Er的高分辨TEM照片。图5 (a)是具体实施方式(ニ)和(三)的产物石墨烯-(a) NaYF4: Yb, Er和石墨烯-(0 ) NaYF4: Yb, Er复合材料的上转换光谱图；图5 (b)是NaYF4: Yb, Er的上转换机理图。具体实施例方式下面结合实施例对本专利技术的技术方案及效果作进ー步描述。但是，所使用的具体方法、配方和说明并不是对本专利技术的限制。具体实施方式(一) 氧化石墨以石墨粉为原料采用Hummer法制备，作为下步复合的原料，并作为对比材料。将5. 9mg氧化石墨超声本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯和稀土上转换荧光复合材料，其特征是：为石墨烯?YF3:Yb,Er、石墨烯?(α)NaYF4:Yb,Er或石墨烯?(β)NaYF4:Yb,Er中的一种或其混合物，其中“?”表示功能化，“:”表示掺杂，“α”表示α相，“β”表示β相。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨飘萍，盖世丽，张圣欢，吕锐婵，牛娜，贺飞，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：