NaYF4:Yb3+/Er3+单颗粒微米棒偏振上转换发光及其取向示踪※

稀土掺杂微/纳材料的偏振上转换发光在单颗粒示踪和生物医学等领域具有广泛的应用前景. 稀土离子的偏振上转换发光主要取决于其局域态的电子结构和激发态动力学. 利用单颗粒偏振上转换光学测试平台对β-NaYF₄:Yb³⁺/ Er³⁺微米棒的偏振上转换发光进行了系统研究. 随发射偏振角的变化, 单个微米棒的上转换发光强度发生周期性改变, 且来自Er³⁺同一光谱支项的不同晶体场子能级跃迁的偏振方向不同. 与光谱支项整体的上转换发光相比, 其晶体场子能级上转换发光表现出更大的发射偏振度. 利用Er³⁺高度偏振的晶体场跃迁谱线, 实现了对单个微米棒空间取向的动态分析, 揭示了NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺微米棒作为偏振各向异性的上转换荧光探针在单颗粒取向示踪方面的潜在应用.     

Hf4+共掺NaYF4:Yb/Tm提高上转换发光性能研究

利用X射线多晶衍射仪、场发射扫描电镜、场发射透射电镜、X射线光电子能谱和荧光光谱仪对相近半径离子Hf⁴⁺和Zr⁴⁺共掺六方NaYF₄:Yb³⁺/Tm³⁺的结构、形貌和上转换发光性能进行研究.结果表明Hf⁴⁺和Zr⁴⁺离子共掺六方NaYF₄:Yb³⁺/Tm³⁺可有效调控晶场的不对称性, Hf⁴⁺相对于Zr⁴⁺是个更好的掺杂离子,它在调控晶场的同时还参与Tm³⁺离子上转换发光的能量传递过程,明显提高了短波500 nm以下发射带的荧光强度;而Zr⁴⁺离子仅扮演晶场调控角色而未能参与稀土离子Tm³⁺的上转换发光过程, Tm³⁺离子小于500 nm短波发射带的荧光强度没有得到明显的提高,仅提高802 nm发射带的荧光强度.该研究发现Hf⁴⁺可作为蓄能离子参与稀土离子的上转换发光过程,有助于将Hf⁴⁺作为蓄能离子和晶格操纵工具用于设计和制备其它高性能的稀土上转换发光材料.     

A "turn-off" luminescence resonance energy transfer aptamer sensor based on near-infrared upconverting NaYF4:Yb3+,Tm3+ nanoparticles as donors and gold nanorods as acceptors

Near-infrared upconverting NaYF₄:Yb^3*,Tm^3* nanophosphors modified with poly（acrylic acid） were prepared and characterized by transmission electron microscopy and luminescence spectroscopy.Based on the observed overlap between the emission spectrum of the NaYF₄:Yb^3*,Tm^3* nanophosphors and the absorption spectrum of the gold nanorods,we believe that a new "turn-off luminescence resonance energy transfer aptamer sensor was constructed for sensing thrombin in near-infrared region.     

单一基质白光荧光粉Na3Sc2(PO4)3∶Tm3+,Dy3+的合成及发光性质

采用高温固相法成功制备了Na₃Sc_2-x-y(PO₄)₃∶xTm³⁺,yDy³⁺荧光粉,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和荧光光谱仪对荧光粉进行了物相、形貌和发光性能进行了表征。 在Na₃Sc₂(PO₄)₃∶0.06Tm³⁺,yDy³⁺荧光粉中,物质的量分数6%的Tm³⁺和6%的Dy³⁺在360 nm激发下呈现出白光发射,其发射光谱在460~685 nm范围内存在Tm³⁺位于457 nm的特征发射峰,对应于Tm³⁺的³H₆→¹D₂跃迁,以及Dy³⁺位于483、577和672 nm处的3个特征发射峰,分别对应于Dy³⁺的⁴F_9/2→⁶H_15/2、⁴F_9/2→⁶H_13/2和⁴F_9/2→⁶H_11/2的跃迁。 观测到Na₃Sc₂(PO₄)₃∶Tm³⁺荧光粉的发射光谱与Na₃Sc₂(PO₄)₃∶Dy³⁺的激发光谱有较好的重叠,且Tm³⁺的荧光寿命随Dy³⁺浓度的增加逐渐降低,因此在Na₃Sc₂(PO₄)₃∶Tm³⁺,Dy³⁺荧光粉中存在Tm³⁺向Dy³⁺的能量传递。 利用Dexter和Reisfeld近似分析了能量转移机制,发现从Tm³⁺到Dy³⁺的能量传递临界距离为1.6 nm,能量传递过程是通过偶极-偶极相互作用进行的。 Na₃Sc₂(PO₄)₃∶0.06Tm³⁺,0.06Dy³⁺荧光粉具有较好的耐受热猝灭性能,在423、473和523 K时的发射强度分别为298 K时发射强度的97.6%、89.2%和78.6%。 随着Dy³⁺浓度的增加,Na₃Sc₂(PO₄)₃∶0.06Tm³⁺,yDy³⁺荧光粉的发光颜色由蓝色转变为白色,再由白色变黄色。 Na₃Sc₂(PO₄)₃∶Tm³⁺,Dy³⁺荧光粉作为一种可调色或单相白光荧光粉在发光二极管上具有潜在的应用前景。     

In3+共掺杂诱导NaY0.95-xYb0.03Er0.02F4相转变与上转换发光增强研究

引入In³⁺作为新的掺杂离子通过水热法合成了In³⁺与Er³⁺,Yb³⁺共掺杂的NaYF₄上转换发光材料. 通过XRD表征及Rietveld精修,SEM以及TEM研究了In掺杂引起的NaYF₄形貌与晶体结构的变化. 通过发射光谱与发光衰减曲线表征了掺杂NaYF₄的上转换发光性能,以研究晶体微观结构与上转换发光性能之间的关系. 结果表明随着In掺杂量的增加,立方相NaYF₄的晶格畸变不断增强且发生由立方相向六方相的转变. 对于六方相NaYF₄,其上转换发光强度随着In含量的提高不断增强并当In含量为3%时达到最大值. 该研究结果可以有助于设计与合成具有优良上转换发光性能的材料.     

氟离子浓度对稀土掺杂上转换发光纳米材料形貌及荧光寿命的影响

利用溶剂热法制备了Yb³⁺、Er³⁺共掺的NaYF₄上转换发光纳米材料。实验结果表明,不同F^-离子对纳米晶的晶型和粒径尺寸起着重要的作用。低F^-离子浓度下,NaYF₄纳米材料的粒径尺寸随F^-离子浓度的增加逐渐变小且趋于均一;高F^-离子浓度下,六方晶相的形成受到抑制,上转换纳米晶出现团聚现象。在一定浓度范围内,F^-离子的浓度有利于促进荧光发射。同时F^-离子浓度对荧光寿命也有显著的影响。     

上转换荧光响应性复合纳米凝胶的制备及荧光能量传递行为

采用水热法合成NaYF₄∶Yb³⁺,Er³⁺稀土纳米晶, 再经3-苄基三硫代碳酸酯基丙酸(BSPA)修饰, 制得功能化纳米晶体; 以罗丹明6G(R6G)为母体荧光染料, 经一系列反应合成了乙烯基功能化单体罗丹明6G酰基邻羧基苯甲肼腙(R6GHA); 将功能化纳米晶体与R6GHA构成荧光共振能量传递(FRET)的“给体/受体”对, 通过可逆加成断裂链转移(RAFT)聚合和“点击化学”反应, 合成具有多重响应性复合荧光纳米凝胶NaYF₄∶Yb³⁺,Er³⁺/PNIPAm-co-R6GHA. 采用TEM, XRD, FTIR和DSC对产物的微观结构进行了表征; 采用上转换荧光光谱(PL)研究了该复合纳米凝胶对pH值、 环境温度和不同金属离子的荧光响应行为, 并对相关机理进行了探讨. 结果表明, 环境温度变化对复合纳米凝胶的荧光发射具有显著影响, 且该复合纳米凝胶对Hg²⁺具有选择性荧光响应; 在H⁺或Hg²⁺作用下, 复合纳米凝胶中纳米晶和R6GHA之间会发生荧光共振能量传递; 通过纳米凝胶中纳米晶与R6GHA特征荧光发射峰比率的变化, 实现对Hg²⁺的检测.     

稀土Yb3+/Tm3+掺杂NaGd(MO4)2荧光粉的制备及其光致发光

近年来稀土掺杂的上转换发光材料在太阳能电池、工业照明和医学等领域的应用越来越受到重视,目前的研究主要集中于新型高效稀土上转换发光材料的开发。对于发光材料的制备,基质的选择尤为重要,钼酸盐因具有稳定的物理化学性能、低的声子能量而从众多基质中脱颖而出。本文选择钼酸盐为稀土离子掺杂的基质材料,采用水热法制备了Tm、Yb离子掺杂的NaGd(MoO₄)₂样品。通过改变离子掺杂的浓度,探究了NaGd(MoO₄)₂荧光粉的发光特性。研究表明,在980 nm激光照射下,NaGd(MO₄)₂∶Yb³⁺/Tm³⁺在477 nm处发射蓝色荧光,在648 nm处发射红色荧光。固定Yb³⁺的掺杂摩尔分数为6%,改变Tm³⁺的掺杂摩尔分数分别为0、0.5%、1%和2%时,发现随着Tm³⁺掺杂摩尔分数的增加,477 nm处的发射峰的强度先升高后降低,当Tm³⁺     

单分散GdxY2-xO3:Eu3+纳米颗粒的制备及其荧光性能

本文采用均相沉淀法制备了单分散Gd_xY_2-xO₃:Eu³⁺纳米颗粒,并利用SEM,TEM,XRD和荧光光谱对产品的形貌,晶体结构和荧光性能进行了表征.结果发现适量Gd³⁺的加入对Y₂O₃:Eu³⁺的发光具有显著的增强作用.同时达到最大荧光强度所需的价格较贵的Gd³⁺用量,也从燃烧法的80%大幅减少到20%.另外,本文还进一步研究了Eu³⁺浓度对纳米颗粒荧光性能的增强效果.     

γ-AlOOH纳米棒的水热合成与形貌调控

γ-AlOOH作为液相法合成γ-Al₂O₃的前驱体,其形貌与最终产物的性能密切相关。 本文采用水热法合成γ-AlOOH纳米棒,通过改变Al³⁺浓度和沉淀剂的种类调控γ-AlOOH纳米棒的长径比,利用X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)表征产物的晶体结构和形貌。 结果表明,随Al³⁺浓度增大可得到长径比在5.9~8.0的γ-AlOOH纳米棒,而改变沉淀剂的种类可进一步将长径比增大到8.0~10.0。 通过对产物结晶过程的分析,发现增大Al³⁺浓度和增强沉淀剂碱性均可以促进铝离子与羟基的配合。 提高反应体系中Al(OH)₃浓度,有利于γ-AlOOH晶粒的成核,促进了晶核之间的定向接触,从而提高了纳米棒的长径比。 长径比为10.0的γ-AlOOH纳米棒烧结所得纳米γ-Al₂O₃改性变压器油(体积分数为0.1%)的正冲击击穿强度较纯油提高9.9%.     

共掺Tm~(3+)离子对CaAlSiN_3∶Eu~(2+)红色荧光粉发光性能的影响

通过高温固相法,合成了Eu~(2+)单掺和Eu~(2+)、Tm~(3+)共掺CaAlSiN_3荧光粉。结合荧光光谱、余辉发射光谱和余辉衰减曲线及热释发光等测试手段对其进行了表征分析。结果表明,CaAlSiN_3∶Eu~(2+)具有主峰位于630 nm的明显的红色长余辉发光;共掺杂Tm~(3+)离子的引入,产生了654和800 nm的荧光和余辉,同时,Tm~(3+)的共掺,使CaAlSiN_3∶0.1%Eu~(2+),Tm~(3+)样品位于89.0℃热释光峰位消失,表明Tm~(3+)共掺杂改变了CaAlSiN_3∶Eu~(2+)荧光粉中的陷阱能级及其分布,从而减弱了CaAlSiN_3∶Eu~(2+)的630 nm红色可见光部分余辉发光性能。     

Ba3LaNa(PO4)3F:Tm3+, Dy3+: A tunable blue-white color emitting phosphor via energy transfer for UV white LEDs

A series of Tm^3+/Dy^3+co-doped Ba3 LaNa(PO4)3 F(BLNPF) phosphors were synthesized successfully via a high-temperature solid-reaction,and luminescence properties were investigated.Upon near violet excitation,BLNPF:Tm^3+,Dy^3+ phosphors exhibit Tm^3+:^1D2-^3 F4 and Dy^3+:^4 F(9/2)-^6 HJ(J=15/2,13/2,11/2)transitions with diffe rent luminescence intensity.The emitting color of the obtained products was found to shift from blue to white as a result of efficient energy transfer(ET) from Tm^3+to Dy^3+ions.According to photoluminescence emission intensity,the positive effect of activator on ET efficiency was calculated and the maximum ET efficiency was found around 72.6% with Dy^3+ concentration was 0.04.By means of Dexter's theoretical model,furthermore,dipole-dipole interaction was confirmed as the mechanism of energy transfer from Tm^3+ to Dy^3+ ions.The results suggested that BLNPF:Tm^3+,Dy^3+ phosphor might be a promising single-phased white-light-emitting phosphor for UV white-light LED.     

La_(2.4)Mo_(1.6)O_8∶Yb~(3+),Er~(3+)材料的制备及其上转换发光性质

采用高温固相法制备了La_(2.4)Mo_(1.6)O_8∶Yb~(3+),Er~(3+)荧光粉。通过X射线衍射(XRD)和上转换发射光谱对样品进行了相结构和发光性质表征。XRD实验结果表明:合成的样品为面心立方萤石结构(Fm-3m)的La_(2.4)Mo_(1.6)O_8相。在980 nm红外光激发下,La_(2.4)Mo_(1.6)O_8∶Yb~(3+),Er~(3+)荧光粉发出分别来自Er~(3+)离子的~2H1_(1/2)→~4I_(15/2)、~4S_(3/2)→~4I_(15/2)跃迁的绿光(主峰为548和529 nm)和~4F_(9/2)→~4I_(15/2)跃迁的红光(主峰为670 nm)。进一步地,对样品中可能的上转换发光机制进行了讨论。     

Highly efficient blue up-conversion of Tm in Nd–Yb–Tm co-doped ZrF4-based fluoride glass

Up-conversion luminescence and energy-transfer processes in Nd³⁺, Yb³⁺ and Tm³⁺ co-doped ZrF₄-based fluoride glasses have been studied under 800 nm light excitation. Blue up-converted emission around 478 nm which can be assigned to the Tm³⁺:¹G₄→³H₆ transition, was strongly observed. Up-conversion luminescence intensity exhibited an YbF₃-concentration dependence. Among the Nd³⁺, Yb³⁺ and Tm³⁺, Nd³⁺ and Tm³⁺ have ground state absorption bands due to the (²H_9/2,⁴F_5/2)←⁴I_9/2 and ³F₄←³H₆ transitions, respectively, which can be directly pumped by 800 nm radiation. However, no emissions were observed in Tm³⁺ singly-doped and Tm³⁺–Yb³⁺ doubly-doped glasses under 800 nm excitation. Therefore, a possible up-conversion mechanism may be proposed as follows: energy-transfer firstly occurs from Nd³⁺ to Yb³⁺ when Nd³⁺ is excited by 800 nm light, then the energy is transferred from Yb³⁺ to Tm³⁺ which is in the excited state and, finally, blue up-conversion emission of Tm³⁺ is observed through the Tm³⁺:¹G₄→³H₆ transition.     

基于上转换发光共振能量转移的CRISPR/Cas12a生物传感系统用于HPV16 DNA双信号检测

传统的纯核结构的上转换纳米材料用于生物传感时, 存在表面猝灭效应或者因发光共振能量转移(LRET)效率不高导致灵敏度低等缺点, 对目标物的灵敏检测有一定的局限性. 本文通过多步高温共沉淀, 介导壳层外延成长法, 合成了NaYF₄∶Yb³⁺,Er³⁺(C-UCNPs)核层发光和NaYF₄@NaYF₄∶Yb³⁺,Er³⁺@NaYF₄(CSS-UCNPs)内壳层发光能量限域型上转换纳米材料, 并表征了材料的晶型、 形貌、 表面配体、 元素组成和发光共振能量转移效率. 结果表明, 该材料具有表面猝灭效应低、 发光共振转移效率较高的优势, 随后将其与成簇规律间隔的短回文重复序列及其相关蛋白(CRISPR/Cas)12a-纳米金系统结合, 实现了人乳头瘤病毒DNA(HPV16 DNA)的比色定性和上转换发光定量分析, 检出限为69.8 pmol/L, 双信号检测有效提高了检测结果的准确性. 此外, 本方法不仅特异性强, 还能识别单碱基错配的HPV16 DNA, 提高了DNA片段的容错率.     

质子化g-C3N4/β-SiC复合材料的制备及光催化降解茜素红性能

分别采用热解法和溶胶-凝胶-碳热还原法合成了石墨相氮化碳(g-C₃N₄)和纳米级碳化硅(β-SiC), 通过浸渍-热处理法将两者复合并通过浓盐酸质子化, 分别制备了g-C₃N₄/β-SiC和质子化g-C₃N₄/β-SiC(P-g-C₃N₄/β-SiC)复合光催化剂. 利用X射线衍射(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)、 高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 X射线光电子能谱(XPS)、 紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis-DRS)和光致发光光谱(PL)等对样品进行了表征. 结果表明, P-g-C₃N₄/β-SiC复合材料的比表面积增大, 光生电子-空穴对的复合几率降低, 光催化性能明显提高. 在光催化降解染料茜素红(ARS)研究中, 样品的可见光催化活性顺序为P-g-C₃N₄/β-SiC>g-C₃N₄/β-SiC>P-g-C₃N₄>g-C₃N₄>β-SiC. 其中P-g-C₃N₄/β-SiC在60 min内对ARS的降解效率高达99.9%, 符合准一阶动力学模型, 速率常数为0.0967 min ^-1, 且循环使用9次后, 光催化降解效率仍保持97.5%以上.     

α-MnO_2纳米管自组装微球的可控制备及电化学性能

以KMnO_4、HCl为反应物,H_2SO_4、NH_4Cl为助剂,利用水热法成功合成了α-MnO_2纳米管自组装微球。并采用X射线晶体衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)以及X射线光电子能谱(XPS)表征手段对产物进行了形貌和结构表征,发现H~+与Cl-离子浓度对产物的晶型有很大影响:单一增加H+或Cl-离子浓度可以使纳米管管径减小、长度增加;同时增加两种离子浓度则产物从α相转化为β相;NH4+可以起到维持产物晶型(α相)以及管状形貌的作用。电化学性能测试表明,具有独特形态的α-MnO_2纳米管微球作为锂电负极具有高容量(20 m A·g-1电流密度下首周放电比容量达1783.5 m Ah·g-1)与良好的倍率性能,是具有广阔应用前景的锂离子电池材料。     

Preparation and Luminescence Properties of Color-tunable Single-phased LaPO4: Eu3+/Tb3+ Phosphors

A novel series of color-tunable single-phased phosphors La_1-x-yPO₄:xEu³⁺/yTb³⁺(x=0, 0.01, 0.02, 0.03, 0.04, 0.05; y=0, 0.05, 0.10, 0.15, 0.20) was synthesized via microwave-assisted co-precipitation method with diammonium hydrogen phosphate as precipitant. The morphology, crystal structure and photoluminescence properties of the as-prepared samples were characterized by means of X-ray diffraction(XRD), scanning electron microscopy(SEM) and fluorescence spectrophotometer. The results reveal that the as-synthesized samples calcined at 1100℃ display spherical morphology with uniform distribution. Upon excitation with 350 nm ultraviolet radiation, the LaPO₄:Eu³⁺/Tb³⁺ phosphors showed a green light peaking at 543 nm assigned to the characteristic ⁵D₄-⁷F₅ emission of Tb³⁺ and a red light peaking at 591 nm corresponding to the characteristic ⁵D₀-⁷F₁ emission of Eu³⁺ simultaneously. For the Eu³⁺/Tb³⁺ co-activated phosphors, Tb³⁺ acts as an efficient sensitizer to enhance the emission intensity of Eu³⁺ ions. The energy transfer mechanism and the emission color tunability of LaPO₄:Eu³⁺/Tb³⁺ have been studied. The results indicate that a color-tunable luminescence(from green to white to red) can be achieved by adjusting the Eu³⁺/Tb³⁺ doping ratio in the LaPO₄ host matrix.