[發明專利]一種表面等離子體共振調控上轉換發光的半導體納米材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210405674.4
• 申請日: 2022-04-18
• 公開（公告）號: CN114686221A
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 李娟;婁在祝;劉璐
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: C09K11/68
• 分類號: C09K11/68
• 代理公司: 深圳市創富知識產權代理有限公司 44367
• 代理人: 侯騰騰

本發明屬于上轉換發光材料技術領域，具體涉及一種表面等離子體共振調控上轉換發光的半導體納米材料及其制備方法和應用。本發明在硝酸酸化環境下以乙醇作為還原劑，通過水熱法制備得到一種半導體納米材料，所述半導體納米材料為氧空位摻雜的表面等離子體鎢酸鉍，尺寸為10～100nm，氧空位摻雜可以有效提高自由電子濃度，在可見?近紅外區(波長600?1300nm)產生寬譜的顯著表面等離子體共振。利用鎢酸鉍表面等離子體共振的局域場增強與光熱效應的協同作用，可使稀土上轉換納米顆粒的熒光選擇性增強高達三個數量級。

技術領域

本發明屬于上轉換發光材料技術領域，具體涉及一種表面等離子體共振調控上轉換發光的半導體納米材料及其制備方法和應用。

背景技術

稀土上轉換熒光技術因其具有獨特的反斯托克斯光學性質、化學穩定性高、熒光壽命長、對生物組織無損傷等諸多優點而在熒光標記、生物成像、太陽能電池、近紅外探測等領域有著重要的應用。當前，稀土上轉換納米材料普遍發光效率低，且稀土元素的多能級結構導致熒光光譜多峰，從而限制了其實際應用。雖然貴金屬表面等離子體共振可以有效調控上轉換納米材料的發光，但其制備工藝復雜、成本高昂，導致規模化量產受到嚴重制約。有研究發現，通過氧空位摻雜工藝制備半導體材料，也可以產生表面等離子體共振效應。然而，目前報道的半導體表面等離子體共振效應普遍微弱，對上轉換熒光的調控(熒光的選擇性增強)效果不佳。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的是提供一種表面等離子體鎢酸鉍納米材料，所述表面等離子體鎢酸鉍納米材料采用水熱法制備得到，且具有顯著的表面等離子體吸收特性，可有效調控上轉換熒光，利用鎢酸鉍表面等離子體共振的局域場增強和光熱效應協同實現上轉換熒光波長的選擇性增強。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案實現：

本發明提供了一種表面等離子體鎢酸鉍納米材料，所述鎢酸鉍納米材料的尺寸為10～100nm，氧空位占比8％-14％，表面Zeta電勢為-10～-30mV，在可見-近紅外光區(波長600-1300nm)具有顯著的寬譜吸收。

本發明還提供了一種表面等離子體鎢酸鉍納米材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、將硝酸溶液加入五水合硝酸鉍溶液中制成溶液A；

S2、將鎢酸鈉溶液加入到步驟S1的溶液A中制成混合溶液B；

S3、步驟S2的混合溶液B經過水熱反應后制備得到產物C，產物C經洗滌、離心和干燥后制備得到表面等離子體鎢酸鉍納米材料。

優選地，所述硝酸溶液為硝酸水溶液，質量濃度為60％-70％；所述五水合硝酸鉍溶液為五水合硝酸鉍乙醇溶液，濃度為20～50mmol/L；所述硝酸溶液與五水合硝酸鉍溶液的體積比為1:2～1:8。

優選地，所述鎢酸鈉溶液為鎢酸鈉水溶液，濃度為20～50mmol/L；所述溶液A與鎢酸鈉溶液的體積比為0.5:1～2:1。

優選地，所述水熱反應的溫度為160～180℃，時間為6～10h。

優選地，所述離心的轉速為6000～9000轉/分鐘，時間為10分鐘。

優選地，所述干燥的方式為真空干燥。進一步地，所述真空干燥的溫度為50～80℃，時間為10～14小時。

優選地，產物C依次采用去離子水和乙醇溶液進行洗滌。

本發明所制得的鎢酸鉍納米材料為藍色粉末樣品，所得樣品材料表面形貌為納米片狀，尺寸為10～200nm，在五價鎢原子附近存在氧空位，XPS數據顯示五價鎢原子含量為8％-14％(即對應氧空位的含量為8％-14％)。所得鎢酸鉍在可見-近紅外光區(600～1300nm)具有顯著的表面等離子體共振吸收效應，表面Zeta電勢為-10～-30mV。