钕敏化稀土上转换纳米材料的设计制备、后修饰及一氧化氮传感应用
发布时间：2021-07-04 05:50
钕敏化稀土上转换纳米材料能够吸收位于808 nm的近红外光,该波长的激发光在生物应用中具有深的组织穿透深度,以及低的生物组织过热效应,因而在生物传感、成像等领域具有独特优势。但是,经典多壳层钕敏化稀土上转换纳米结构的表面敏化层通常含有高剂量敏化剂Nd3+,Nd3+易与环境中猝灭基团发生能量传递,导致上转换荧光（UCL）猝灭,不利于其在生物传感中的应用。此外,经典钕敏化稀土上转换纳米结构的发光中心位于多壳层结构的核心,因此通过在表面负载具有分析目标响应性的有机小分子荧光探针,构建荧光共振能量转移检测体系时,发光中心与表面荧光探针能量受体距离较远,荧光共振能量转移效率低,不利于实现高效传感检测。本论文通过在经典钕敏化三明治上转换纳米结构（Na YF4:Yb/Er@Na YF4:Yb@Na Nd F4:Yb）的敏化壳层中掺杂惰性元素镥来提高上转换发光效率,利用表面引发原子转移自由基聚合（SI-ATRP）技术实现表面亲水修饰,选择具有不同官能团的单体来调节修饰层的亲疏水性质,负载一氧化...
【文章来源】：西北大学陕西省 211工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
上转换发光机理图[6]
.1.2结构组成上转换粒子通常由基质(HostMatrix)、激活剂(Activator)、敏化剂(Sensitizer)三部分组成[8]。其中，基质可以为粒子提供合适的晶体场，理想的基质应当具有对发光中心的高耐受性、低声子能量、近红外光子在晶格中自由迁移的高透明度、优异的化学和热稳定性的特性。激活剂是粒子的发光中心，应具有足够的长寿命的中间能态，可以从附近被激发的敏化剂中提取能量，以促进进一步跃迁到更高的能级，铒(Er3+)、铥(Tm3+)和钬(Ho3+)是理想的激活剂。通过对不同激活剂的选择及掺杂比例的调控，可以实现多色发光，如图1-2，Wang团队通过改变激活剂的种类、掺杂比例所制备的在不同波段发光的上转换纳米粒子[9]，证实了上转换粒子优异的光学可调性。敏化剂应具有与激活剂相匹配的能级以及在近红外波段相对较大的吸收截面,其中镱(Yb3+)是最常用的作为敏化剂的元素[10]，在980nm处较大的吸收截面,钕(Nd3+)在808nm处较大的吸收截面[11]。图1-2上转换粒子的多波段发光[9]1.1.3制备方法热分解法是一种常见的纳米晶体生长方法[12]。主要是在无水无氧的条件下，将金属前驱体加入到高沸点的溶剂中，使之在高温下迅速分解成核，再在配体和活性助剂的协同作用下，进一步得到规整、均一的纳米颗粒。金属前驱体一般会选择稀土氟化物或氯化物，高沸点溶剂选择十八烯(ODE)。但这种方法往往对环境要求十分严苛，要保证高度的无水无氧过程，并且在合成过程中会释放出有毒气体，故而会限制其使用。水热法[13]是将反应体系中的基质、材料、前驱体等在水溶液中混合后，在反应釜中进行纳米粒子生长的一种方法，是一种基于溶液体系的合成手段。高温高压下，使得固体之间反应更加容易发生，在较短的时间内即可以长成纳米晶体。
西北大学硕士专业学位论文4图1-3钕敏化的上转换粒子低热效应及能量传递示意图[18]2014年，Yao课题组在NaYF4:Yb/X(X=Er3+，Tm3+，Ho3+)@NaNdF4:Yb核壳结构上转换纳米结构的发光中心和敏化壳层之间引入了过渡壳层NaYF4:Yb，制备了经典三明治结构的NaYF4:Yb/X@NaYF4:Yb@NaNdF4:Yb纳米结构[19]，并有效提高了808nm激发下的荧光强度。如图1-4所示，Nd3+离子被掺杂在外壳中，并作为敏化剂捕获808nm的光子。Yb3+离子则作为桥梁离子从敏化剂Nd3+中提取激发能量，然后传递到发光中心的Yb3+，并最终被激活剂俘获。通过过渡壳层有效分离Nd3+敏化离子和激活剂，有效抑制了激活剂和Nd3+之间的能量回传，提高荧光强度。图1-4经典钕敏化上转换粒子的三明治结构及其能量传递示意图[19]为了进一步提升钕敏化上转换粒子的发光效率，2015年，Lin课题组提出了具体组成为NaYF4:Yb/Er(20%/2%)@NaYF4:Yb(10%)@NaNdF4:Yb(10%)@NaYF4:Yb(10%)的多壳层结构[20]，如图1-5。图1-5四层核壳结构钕敏化上转换粒子及其能量传递示意图[20]
【参考文献】：
期刊论文
[1]一氧化氮合酶/一氧化氮系统与心血管疾病[J]. 邓次妮,沈潞华. 心血管病学进展. 2007(04)
本文编号：3264170
【文章来源】：西北大学陕西省 211工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
上转换发光机理图[6]
.1.2结构组成上转换粒子通常由基质(HostMatrix)、激活剂(Activator)、敏化剂(Sensitizer)三部分组成[8]。其中，基质可以为粒子提供合适的晶体场，理想的基质应当具有对发光中心的高耐受性、低声子能量、近红外光子在晶格中自由迁移的高透明度、优异的化学和热稳定性的特性。激活剂是粒子的发光中心，应具有足够的长寿命的中间能态，可以从附近被激发的敏化剂中提取能量，以促进进一步跃迁到更高的能级，铒(Er3+)、铥(Tm3+)和钬(Ho3+)是理想的激活剂。通过对不同激活剂的选择及掺杂比例的调控，可以实现多色发光，如图1-2，Wang团队通过改变激活剂的种类、掺杂比例所制备的在不同波段发光的上转换纳米粒子[9]，证实了上转换粒子优异的光学可调性。敏化剂应具有与激活剂相匹配的能级以及在近红外波段相对较大的吸收截面,其中镱(Yb3+)是最常用的作为敏化剂的元素[10]，在980nm处较大的吸收截面,钕(Nd3+)在808nm处较大的吸收截面[11]。图1-2上转换粒子的多波段发光[9]1.1.3制备方法热分解法是一种常见的纳米晶体生长方法[12]。主要是在无水无氧的条件下，将金属前驱体加入到高沸点的溶剂中，使之在高温下迅速分解成核，再在配体和活性助剂的协同作用下，进一步得到规整、均一的纳米颗粒。金属前驱体一般会选择稀土氟化物或氯化物，高沸点溶剂选择十八烯(ODE)。但这种方法往往对环境要求十分严苛，要保证高度的无水无氧过程，并且在合成过程中会释放出有毒气体，故而会限制其使用。水热法[13]是将反应体系中的基质、材料、前驱体等在水溶液中混合后，在反应釜中进行纳米粒子生长的一种方法，是一种基于溶液体系的合成手段。高温高压下，使得固体之间反应更加容易发生，在较短的时间内即可以长成纳米晶体。
西北大学硕士专业学位论文4图1-3钕敏化的上转换粒子低热效应及能量传递示意图[18]2014年，Yao课题组在NaYF4:Yb/X(X=Er3+，Tm3+，Ho3+)@NaNdF4:Yb核壳结构上转换纳米结构的发光中心和敏化壳层之间引入了过渡壳层NaYF4:Yb，制备了经典三明治结构的NaYF4:Yb/X@NaYF4:Yb@NaNdF4:Yb纳米结构[19]，并有效提高了808nm激发下的荧光强度。如图1-4所示，Nd3+离子被掺杂在外壳中，并作为敏化剂捕获808nm的光子。Yb3+离子则作为桥梁离子从敏化剂Nd3+中提取激发能量，然后传递到发光中心的Yb3+，并最终被激活剂俘获。通过过渡壳层有效分离Nd3+敏化离子和激活剂，有效抑制了激活剂和Nd3+之间的能量回传，提高荧光强度。图1-4经典钕敏化上转换粒子的三明治结构及其能量传递示意图[19]为了进一步提升钕敏化上转换粒子的发光效率，2015年，Lin课题组提出了具体组成为NaYF4:Yb/Er(20%/2%)@NaYF4:Yb(10%)@NaNdF4:Yb(10%)@NaYF4:Yb(10%)的多壳层结构[20]，如图1-5。图1-5四层核壳结构钕敏化上转换粒子及其能量传递示意图[20]
【参考文献】：
期刊论文
[1]一氧化氮合酶/一氧化氮系统与心血管疾病[J]. 邓次妮,沈潞华. 心血管病学进展. 2007(04)
本文编号：3264170
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxue/3264170.html
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