稀土氟化物发光纳米晶的可控合成、表征及表面修饰

论文摘要

稀土掺杂发光纳米材料在三维立体显示、发光器件、生物传感及防伪等诸多领域都有着广泛的应用前景。其中,稀土上转换发光纳米材料在生物标记及检测方面的独特优势更是引起了研究者广泛的兴趣。因此发展这类材料的可控合成新方法及其表面修饰技术,具有十分重要的理论研究价值和现实意义。本论文主要在以氟化物为基质的稀土发光纳米晶的可控合成及表面修饰等方面进行了探索。以三氟乙酸稀土盐为反应前驱体,利用操作简单的溶剂热技术制备了结晶良好、规则六角盘形状的LaF3基质上转换发光纳米晶。研究了各种实验因素对LaF3晶体形貌及结构的影响并提出了反应机理,发现控制较慢的反应速度是获得高结晶度、规则几何外形LaF3的关键因素。通过共掺杂不同的稀土离子,所合成的LaF3纳米晶可发射出不同颜色的上转换荧光,在生物标记方面有潜在的应用前景。利用简单价廉的NaF和稀土油酸盐为反应物,发展了一种可控合成单分散、粒径均一、结晶良好的NaGdF4及LaF3为基质的稀土发光纳米晶的新方法。该方法可以选择性地控制产物的晶型结构、形貌及尺寸。发现油酸是合成过程中的关键影响因素,提出了单体浓度控制机理来解释晶体形貌的演化。通过掺杂不同的稀土离子,所得到的纳米晶可以发射出多种颜色的上/下转换荧光,非常适于多色生物标记。该合成工艺为高质量氟化物纳米晶体的制备提供了一种新的思路。在高沸点有机溶剂体系中,建立了一种能够直接合成小粒径β-NaYF4:Yb,Er（Tm）高效上转换发光球形纳米颗粒的新方法。制备出的β-NaYF4:Yb,Er（Tm）纳米小球尺寸高度均一,具有高的上转换发光效率及与生物大分子相近且可调的小粒径,是一种非常理想的生物分子标记物。对合成的疏水β-NaYF4:Yb,Er纳米粒子进行了表面改性及功能化修饰,改善了其在水中的分散性,同时在纳米粒子表面引入了羧酸功能基团,方便了与生物分子的连接,为生物应用打下了良好的基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 研究背景与选题意义
• 1.2 上转换荧光材料的研究现状
• 1.2.1 上转换发光机理
• 1.2.2 上转换荧光材料在生物标记方面的优势及其应用
• 1.2.2.1 上转换材料在生物标记方面的独特优势
• 1.2.2.2 生物大分子体外检测方面的应用
• 1.2.2.3 细胞或活体成像分析方面的应用
• 1.2.2.4 基于 FRET 体系的分析应用
• 1.2.3 基质材料对上转换发光的影响
• 1.2.4 氟化物基质稀土发光纳米材料的合成
• 1.2.4.1 基于溶度积原理的共沉淀类合成方法
• 1.2.4.2 水热/溶剂热合成方法
• 1.2.4.3 高温热解三氟乙酸盐法
• 1.3 本论文的选题思想和主要工作内容
• 3为基质的上转换荧光纳米盘'>第2章 溶剂热法可控合成 LaF₃为基质的上转换荧光纳米盘
• 2.1 本章引论
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂与材料
• 3 基质上转换纳米材料的合成'>2.2.2 LaF₃基质上转换纳米材料的合成
• 2.2.3 纳米材料的表征
• 2.3 结果与讨论
• 3 纳米晶的形貌及结构表征'>2.3.1 LaF₃纳米晶的形貌及结构表征
• 2.3.2 溶剂热反应温度及反应时间的影响
• 2.3.3 反应机理研究
• 2.3.4 产品材料的上转换荧光性能及其发光机理研究
• 2.4 本章小结
• 4和 LaF₃为基质的多色荧光纳米晶的合成及机理研究'>第3章 NaGdF₄和 LaF₃为基质的多色荧光纳米晶的合成及机理研究
• 3.1 本章引论
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 稀土油酸盐的合成
• 3.2.2 稀土掺杂发光纳米晶的可控合成
• 3.2.3 纳米晶体的表征
• 3.3 结果与讨论
• 4 为基质的发光纳米晶的可控合成及性质研究'>3.3.1 NaGdF₄为基质的发光纳米晶的可控合成及性质研究
• 4:Ce,Ln 纳米晶体的形貌及结构表征'>3.3.1.1 NaGdF₄:Ce,Ln 纳米晶体的形貌及结构表征
• 3.3.1.2 反应温度和时间对产物形貌和晶型的影响
• 3.3.1.3 溶剂中油酸含量的影响
• 3.3.1.4 反应机理初步探讨
• 3.3.1.5 产品的荧光性能
• 3.3.1.6 纳米晶自组装现象
• 3:Yb,Er 上转换发光纳米晶的合成及表征'>3.3.2 LaF₃:Yb,Er 上转换发光纳米晶的合成及表征
• 3:Yb,Er 纳米晶的形貌及结构的影响'>3.3.2.1 反应温度及时间对 LaF₃:Yb,Er 纳米晶的形貌及结构的影响
• 3:Yb,Er 纳米晶的形貌及结构的影响'>3.3.2.2 溶剂中油酸含量对 LaF₃:Yb,Er 纳米晶的形貌及结构的影响
• 3:Yb,Er 纳米晶体的上转换荧光性能'>3.3.2.3 LaF₃:Yb,Er 纳米晶体的上转换荧光性能
• 3.4 本章小结
• 4:Yb,Er（Tm）高效上转换荧光纳米球的可控合成'>第4章 细粒径β-NaYF₄:Yb,Er（Tm）高效上转换荧光纳米球的可控合成
• 4.1 本章引论
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂及材料
• 4:Yb,Er（Tm）荧光纳米粒子的合成'>4.2.2 β-NaYF₄:Yb,Er（Tm）荧光纳米粒子的合成
• 4:Yb,Er@β-NaYF₄ 核壳型纳米粒子的制备'>4.2.3 β-NaYF₄:Yb,Er@β-NaYF₄核壳型纳米粒子的制备
• 4:Yb,Er 及（α+β）-NaYF₄:Yb,Er 纳米粒子的制备'>4.2.4 α-NaYF₄:Yb,Er 及（α+β）-NaYF₄:Yb,Er 纳米粒子的制备
• 4.2.5 纳米晶体的表征
• 4.3 结果与讨论
• 4:Yb,Er（Tm）纳米粒子的形貌及结构表征'>4.3.1 β-NaYF₄:Yb,Er（Tm）纳米粒子的形貌及结构表征
• 4:Yb,Er（Tm）纳米粒子形貌及粒径的调控作用'>4.3.2 NaF 对β-NaYF₄:Yb,Er（Tm）纳米粒子形貌及粒径的调控作用
• 4.3.3 反应温度对结果的影响
• 4.3.4 反应时间对产物的影响
• 4.3.5 溶剂中油酸/十八烯配比的影响
• 4:Yb,Er（Tm）纳米粒子的形成机理探讨'>4.3.6 均匀球形β-NaYF₄:Yb,Er（Tm）纳米粒子的形成机理探讨
• 4:Yb,Er（Tm）纳米粒子的上转换荧光性能'>4.3.7 β-NaYF₄:Yb,Er（Tm）纳米粒子的上转换荧光性能
• 4.3.8 核壳型纳米粒子的合成及其发光性能研究
• 4.4 本章小结
• 4:Yb,Er 上转换荧光纳米粒子的表面修饰'>第5章 β-NaYF₄:Yb,Er 上转换荧光纳米粒子的表面修饰
• 5.1 本章引论
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 试剂与材料
• 2 包覆实验步骤'>5.2.2 SiO₂包覆实验步骤
• 5.2.3 油酸碳碳双键氧化法实验步骤
• 5.2.4 PAA 表面修饰实验步骤
• 5.2.5 表征及测试
• 5.3 结果与讨论
• 2包覆后的β-NaYF₄:Yb,Er 纳米粒子的形貌及性能'>5.3.1 SiO₂包覆后的β-NaYF₄:Yb,Er 纳米粒子的形貌及性能
• 5.3.2 油酸碳碳双键氧化法对纳米粒子分散性的影响
• 5.3.3 PAA 配体交换对纳米粒子性能的影响
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果