氟化物/钙钛矿型氧化物复合基质调控及对稀土荧光淬灭的抑制

Rare earth doped inorganic nanomaterial will be a new generation of fluorescent biological materials and have potential applications in ultra sensitive biological detection and drug release due to their high chemical stability, narrow-band emission, long fluorescence lifetime, and so on. The key actor of the applications is the enhancement of the fluorescence quantum efficiency. This project aims to combine the advantages of fluoride and perovskite type oxides, and prepare fluorides/perovskite type oxides nano-heterostructures.It is expected to reduce the concentration quenching effect, control the local lattice vibration, reduce the nonradiative transition, and enhance the stability and quantum efficiency of fluorescence materials. Through surface modification, the rare earth doped fluorides/perovskite type oxides nano-heterostructures with good water solubility and biocompatibility will be used for tumor cells sensitive detection and anticancer drugs targeting transport and release. Multifunctional nanocomposites together with medical diagnosis and treatment will be synthesized. In order to enhance the tumor cell detection sensitivity and signal to noise ratio, the morphology, size, growth site, and compound quantity of rare earth doped fluorides/perovskite type oxides nano-heterostructures will be adjusted by the epitaxial growth method. Functional nanomaterial with excellent performance will be provided for clinical diagnosis and treatment.

稀土掺杂无机纳米材料因其高光化学稳定性、窄带发射和长荧光寿命等优点，有望成为新一代荧光生物材料，应用于超敏生物检测和药物缓释，其关键是提高材料的荧光量子效率。本项目拟结合氟化物和钙钛矿型氧化物两种基质材料的优点，利用外延生长技术构筑氟化物/钙钛矿型氧化物异质结型复合基质。以期能够借助于钙钛矿型氧化物的特殊结构抑制纳米荧光材料的浓度淬灭效应，调节异质结构材料的局域晶格振动，减小无辐射跃迁损失，提高材料的稳定性和荧光量子效率。进一步借助于表面修饰等手段使纳米异质结构材料具有良好的水溶性和生物相容性，应用于肿瘤细胞高灵敏检测及其抗癌药物靶向传输与缓释，构筑出可应用于医学诊断和治疗的多功能纳米复合材料。通过外延生长控制钙钛矿型稀土氧化物纳米晶的尺寸、形貌、生长位点及厚度，提高荧光检测灵敏度和信噪比，为临床诊断和治疗提供性能优异的功能纳米材料。

稀土掺杂无机纳米材料因其高光化学稳定性、窄带发射和长荧光寿命等优点，受到国内外的广泛关注。稀土纳米材料应用关键是提高材料的荧光量子效率。本项目中，我们合成了一系列稀土掺杂的钙钛矿型氧化物（包括稀土钼酸盐和稀土钨酸盐等）及其复合物，利用钙钛矿型氧化物的特殊结构抑制纳米荧光材料的浓度淬灭效应，并将其应用于葡萄糖检测和太阳能电池。获得主要成果如下：.（1）稀土纳米荧光材料的可控制备及性能优化：合成了一系列稀土纳米荧光材料，包括稀土离子掺杂的BaWO4、InWO4 、SrWO4、BaMoO4、Bi2MoO6、CaTiO3、NaYF4、La2Ti3O9.5、Y2O3/Y2O2S和NaYF4:Er3+/Yb3+-C3N4等纳米晶。通过对基质材料、掺杂稀土离子的选择与优化，通过对纳米材料形貌的控制等研究过程，提高了稀土离子的淬灭浓度，优化了材料的发光性能。此外，我们合成了Pt/Y2O3和NaYF4:Eu3+@Ag复合纳米晶，利用贵金属的等离子体共振效应，提高了材料的发光效率。.（2）稀土纳米荧光材料在葡萄糖检测中的应用：我们合成了水溶性的BaWO4:Yb3+/Er3+@Au和NaYF4:Eu3+@Ag纳米复合材料，通过能量转移，贵金属壳层可以有效吸收稀土离子的能量，导致稀土离子荧光淬灭。在BaWO4:Yb3+/Er3+@Au或NaYF4:Eu3+@Ag复合纳米晶体的表面上固定葡萄糖氧化酶后，通过加入一定量的葡萄糖，贵金属纳米粒子可以分解成金属离子，并伴随着稀土离子的荧光恢复。该葡萄糖检测方法具有非常低的检测限。.（3）稀土纳米荧光材料在染料敏化太阳能电池中的应用：我们将具有发光功能的Pt/Y2O3、Y2O3/Y2O2S和NaYF4:Er3+/Yb3+-C3N4等纳米复合材料引入到染料敏化太阳能电池的光阳极，提高了电池的光电转换效率。与纯TiO2电池相比,引入Pt/Y2O3、Y2O3/Y2O2S和NaYF4:Er3+/Yb3+-C3N4等复合纳米晶可以提高电池的电子传输性能，减小界面的传输电阻，进而提高电池的光电转换效率。此外，我们将BaWO4:Eu3+纳米晶应用到染料敏化太阳能电池的光阳极，由于BaWO4:Eu3+纳米晶的散射效应，电池的光电转化效率明显提高。.