稀土发光材料的开题报告

1、本科生毕业论文（设计）开题报告（学生用表）论文（设计）题目多色上转换荧光纳米材料的可控合成及表征学院专业环境科学学科分析化学学生指导教师职称课题来源：本课题为河北大学博士基金（多色上转换荧光材料的制备及其生化分析 应用研究）及河北省自然科学基金（多色上转换荧光编码微球的制备及其在免疫和基 因分析中的应用研究）资助项目。课题意义：稀土元素具有未充满的 4f电子层结构，并由此产生了丰富的电子能级。 4f电子在7个4f轨道之间的任意排布产生了多种光谱项和能级，仅在三价稀土离子的 4f组态中已探明的能级就有上千个，能级对间可能存在的跃迁通道高达 199177个。由 于稀土元素的发光材料可以发射从紫外光

2、、可见光到红外光区多种波长的电磁辐射， 所以它在照明、显示、光通信、固体激光器等诸多领域得到了广泛应用。纳米尺度的稀土发光材料作为一种新型荧光标记物在生物大分子检测方面的应用逐 渐受到研究人员的重视，与传统荧光标记物如有机染料、量子点等相比，稀土无机纳 米材料具有毒性低、化学稳定性好、荧光寿命长、强度大等优点。并且其荧光发射过 程只产生于基体材料中，因此，荧光信号稳定且不易受到环境因素诸如酸度湿度等的 影响。而且由于稀土离子丰富的能级，通过调节稀土离子的组成，可制备发射不同颜 色的纳米材料，尤其适合于多色标记和成像分析。在稀土掺杂的无机纳米材料中，有一类特殊的发光材料，它能够通过多光子的过程

3、把近红外的长波辐射转换为紫外可见光区的荧光，即上转换荧光材料。这种材料有诸 多的优点：Stokes位移大，稳定，不易光解，几乎不受外界湿度酸度等的影响，因此 特别适合作为复杂生物体系的荧光标记物；上转换纳米晶体作为生物标记物，由于在 红外光照射下，只有上转换荧光材料发光，而与之相连的生物分子因为不具备上转换 性质而不发光，检测背景将大幅度降低。而且可采用廉价高效的980nm红外激光器作激发光源，由于激发光的增强，又可提高荧光信号。因此该标记方法可集提高信号强 度和降低背景干扰于一身，有利于生物分子检测水平的提高。另外红外光能量较低， 对生物组织具有良好的穿透性并不会对之产生损伤，通过调节离子组

4、成，可以实现真 正的单一激发，多色发射，可用于多目标同时标记。因此，合成具有多种颜色的上转 换荧光纳米材料在多生物组分同时标记及分析领域和防伪领域都有着非常好的应用前 景。国内外发展现状：上转换荧光材料由于其本身优越的发光性能，被广泛应用于生物 分子检测中。另外，在细胞或活体成像分析方面，也有关于上转换荧光材料的应用的 研究。NaYF4为基质的材料是已知的发光效率最高的上转换材料，而氟化物发光材料 的制备多采用共沉淀法和水热合成法，已有的文献报道，合成的小粒径NaYF4:Yb,Er都需要高温合成（300度）或后续的退火热处理，因此合成条件比较苛刻。开发简单的 合成技术用于高效荧光上转换纳米粒子

5、的合成，还存在很大的挑战。本课题的研究目标，内容、方法、手段：虽然上转换材料在生物标记方面展现出了 广阔应用前景，但其应用尚处于起步阶段。针对以上提出的两方面问题，本课题主要 研究方向如下：1、研究稀土掺杂对上转换发光强度的影响；通过调节掺杂的稀土离子 种类，获得具有多种荧光颜色的上转换材料，为后续的多目标同时标记分析奠定良好 基础；2、溶剂热合成方法操作简单，本课题拟探讨在较温和条件下(低温、短时间) 合成高发光效率的NaYF4发光材料的溶剂热合成方法，找到最佳反应条件。进度安排：2010年3月1日一2010年3月7日文献调研，2010年3月8日一2010 年3月9日 试剂及仪器的准备，20

6、10年3月10日一2010年5月22日 实验部分(合 成条件摸索及颜色调控)，2010年5月23日一2010年6月3日数据整理及论文撰写。已具备的实验条件及实验方案的可行性分析：本实验室已具有水热及溶剂热合成等 必须得仪器设备及工作条件；具有 980nm红外激光器及荧光仪，可对产品的荧光性能 进行表征。本实验室在溶剂热合成上转换材料方面已经进行了大量前期工作，为本课 题的实施奠定了基础。具体参考文献：1 衣光舜.上转换荧光纳米粒子的合成及其在生物标记中的应用研究北京：清华大学化学系,2003:1-182 刘成辉.稀土氟化物发光纳米晶的可控合成、表征及表面修饰 .北京:清华大学 化学系,2009

7、 : 3-863 魏泱.氟化物基质的上转换荧光纳米材料的合成及性质研究 .北京:清华大学化 学系,2006:1 -144 Feng Wan g,Xiaoga ng Liu.Upc onv ersi on Multicolor Fin e-T unin g:Visible to Near- In frared Emissi on from Lan tha ni de-Doped NaYFNan oparticlesJ .J .Am.Chem.Soc.,2008,130(17):5642-56435 Zhen gqua n Li,Y ong Zhan g,Sha n Jia ng.Multicol

8、or Core/Shell-StructuredUpco nversion Fluoresce ntNan oparticlesJ. Adv.Mater.,2008,20:4765-47696 Guanying Chen, Haich un Liu,Gabriel Somesfalea n et al.Upc onv ersi onemissi on tuning from gree n to red in Yb3+/Ho3+-codoped NaYF nano crystals3+by tridoping with CeionsJ.Nanotechnology 20(2009) 385704

9、 (6pp)7 Meng Wan g,Co ngcong Mi,Yi nxin Zha ng et al.J.Phys.Chem.,2009,Dol:10.1021/jp906394z8 Zhen gqua n Li,Y ong Zhan g,Sha nJia ng. Adv.Mater.2008,20,4765-4769,DOI:10.1002/adma.2008010569 Meng Wan g,Ji nli ng Liu,Yixin Zhang et al.Two-phase solvothermalsyn thesis of rare-earth doped NaYF4 upc onv ersi on fluoresce ntnanocrystalsJ.Materials Letters 63 (2009) 325-32710 Mai,H.X.;Zhang,Y.W.;Sun,L.D. et al.J.Phys.Chem.C2007,111,1372111 Boyer,J.C.;Vetro ne,F.;Cuccia,L.A.et al.J. Am.Chem.Soc.200