Small:镧系掺杂的NaYF₄纳米材料库

镧系掺杂的NaYF4是一种应用较为广泛的上转换纳米材料(UCNPs),可以通过非线性发光过程实现反斯托克斯位移发射。由于其突出的上转换发光(UCL)特性,已成为生物成像、信息存储、防伪加密等领域最重要的发光材料之一。在过去的几十年中,已经有很多报道利用不同的合成方法实现多种镧系掺杂NaYF4的合成,同时表明UCNPs的形貌和大小对其性质具有重要影响。揭示纳米材料的形貌-性质关系对其可控合成具有指导意义。

最近,南开大学尹学博教授课题组通过高温一步热分解法,结合前驱体比例的选择,合成了一系列具有不同形貌、尺寸的NaYF4纳米颗粒,其中包括一维的纳米棒状结构;二维的纳米盘状结构;以及三维的纳米花结构等(图1),并提出了NaYF4纳米库的概念。并通过对其进行镧系元素掺杂,得到镧系掺杂的NaYF4纳米库(Ln-NaYF4),改变掺杂元素的种类,赋予Ln- NaYF4不同的性质。

图1(a)利用油酸(OA)、1-十八烯(1-ODE)和Y(CF3COO)3(Y)进行一步热分解法制备NaYF4库的工艺示意图。(b)NaYF4库样品的TEM图像,其具有不同的形貌和尺寸,包括一维结构(如纳米棒)、二维结构(如纳米盘)和三维结构(如纳米花)等等。通过简单地改变前驱体的含量、反应时间以及加热方式就可以调整形貌。

以NaYF4纳米花为模型,在原子尺度上研究了其生长的动力学过程,揭示了NaYF4纳米花原子分布及结构形成过程。进一步掺杂功能性镧系离子,例如Yb,Tm,Gd,实现掺杂NaYF4的上转换发光,磁共振和CT响应;揭示了微观结构与不同响应之间的形貌-性质依赖关系。结果表明纳米材料的微观结构决定其宏观形貌,形貌影响材料性质,为通过形貌调控获得纳米颗粒的最优功能提供参考(图2)。

图2 通过掺杂不同的Ln3+离子,赋予了其光学、电子和磁性等性能,而通过选择形貌和尺寸,调控并得到最佳性能。

除了本文提及的性质,还可以通过改变掺杂离子种类丰富NaYF4的性质。同时,通过选择合适的形貌和尺寸,调整材料的性质。换言之,通过不同的稀土离子的掺杂实现特定功能,通过合理的设计材料形貌,实现性能最优(图3)。

图3基于面向应用的合理工作原理。

上述研究工作得到了国家自然科学基金项目(21874074)、天津市自然科学基金资助项目(20 JCYBJC01460)的资助。

论文信息:

Construction of NaYF4 Library for Morphology-Controlled Multimodality Applications

Cong Wen, Fangfei Yin, Yue Cheng, Hua Yu, Yi-Qing Sun, Xue-Bo Yin*

Small

DOI: 10.1002/smll.202103206

原文链接:https://doi.org/10.1002/smll.202103206