多模协同增强NaREF4(RE=Y,Gd)上转换发光纳米材料的发光效率

Recently, the application of upconversion nano-materials on the field of bio-information is becoming hot topic. However, the high excitation power density and low conversion efficiency of upconversion nanomaterials have been the key limitations in the practical application. The upconversion luminescence efficiency can be enhanced via tailoring the local crystal field (such as Li+ ion doping), surface passivation (core-shell structure), localized surface plasmon resonance (LSPR) assisted energy transfer (nobel metal modification) (signal mode) and so on, but any signal mode has its limitations. On the basis of previous researches, this proposed project is to choose hexagonal NaREF4 nanocrystals as host materials and enhance upconversion efficiency via multimode synergistic effect. To obtain the upconversion nanocrystals with high luminescence efficiency and low excitation power density, we will optimize the Li+ ion doping concentrations, the shell thickness of the core-shell nanoparticles, and the ratio of the Au nanocrystals and upconversion nanocrystals, and find the internal connections and synergistic effect among every signal mode. Current work is an important extension of our previous research, will be benefit for the application and development of the upconversion nanocrystals in the field of biological information.

上转换发光纳米晶在生物医学领域的应用是近年来研究热点，但是其高激发光功率和低转换效率阻碍了该领域的进一步发展。虽然采用单一模式，如晶体场修饰（Li+离子等掺杂）、表面钝化（核壳包覆）、局域等离子辅助能量传递（贵金属修饰）等手段增强其发光效率为消除这些障碍提供了可能，但是各单一模式对上转换发光效率的提高具有各自的局限性。本项目拟以六角相NaREF4纳米晶为基质材料，利用多模（晶体场修饰、表面钝化、局域等离子辅助能量传递等）协同增强上转换发光纳米晶的发光效率。本项目将系统探讨离子(Li+等)掺杂浓度、核壳结构的壳层厚度、上转换发光纳米粒子和金纳米粒子两者的比例等参数对发光效率的影响，深入揭示各模式之间的相互联系和协同作用，最终获得高转换效率和低激发阈值的上转换发光纳米晶。相关工作是在项目组前期研究积累基础上的延伸和重要拓展，项目的实施有利于上转换发光纳米晶在生物医学相关领域的进一步应用与发展。

近年来，稀土氟化物纳米材料因其高的折射率和低的声子能量等特性，在光通信、生物荧光探针、光动力学治疗和红外光催化等领域受到了科研工作者的广泛关注。但是其高激发光功率和低转换效率阻碍了该领域的进一步发展。围绕着如何制备高效发光材料的问题，我们进行了系统研究，结果如下：. 1. 利用高温热分解法制备了LiLuF4:Yb,Tm@ LiGdF4核壳纳米晶，通过提高敏化剂的浓度和核壳包覆双模式合作有效提高了其发光效率，制备的核壳纳米晶的发光效率高达4%。. 2. 利用高温热分解法制备了超小尺寸的六角相NaREF4纳米晶，研究发现NaOH和NH4F的加入顺序加快纳米粒子晶相转变速率和降低反应势能类。通过化学反应历程计算证明了相转变速率对NaOH和NH4F的加入顺序明显的依赖性，与实现结果相吻合。. 3. 利用高温热分解法制备了超小尺寸的稀土氟化物纳米晶，通过核壳包覆和提高敏化剂的浓度双模合作增强了位于第二生物透明窗口（1.53μm）发光强度。. 4.利用溶剂热法制备了NaBiF4上转换发光亚微米晶，通过调节前驱体的加入顺序，制备了敏化剂均匀掺杂的材料，上转换发光效率显著提高。. 5.利用离子交换法制备了均匀掺杂高效发光的NaREF4微米晶，研究发现敏化剂离子的迁移速率与基质离子的半径密切相关。在离子半径相近的基质中敏化剂更容易迁移和均匀掺杂，从而获得高效的上转换发光效率。. 6. 利用高温热分解法制备了六角相NaYF4@NaYF4:Yb,Er/Tm@NaYF4核壳纳米晶，通过均匀掺杂和核壳包覆双模协作增强上转换发光效率。研究发现调节中间层前驱体的滴加速率可以实现稀土离子的均匀掺杂，从而显著提升发光效率。