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原位激活室温长余辉发光的SiO2纳米材料、制备方法及其应用

文献发布时间：2024-04-18 19:59:31

技术领域

本发明属于发光材料技术领域，具体涉及一种原位激活室温长余辉发光的SiO

背景技术

二氧化硅(SiO

多功能SiO

当前SiO

鉴于SiO

发明内容

本发明的目的在于解决目前SiO

为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：

一种原位激活室温长余辉发光的SiO

进一步地，所述载体采用粒径为199-298nm的单分散SiO

所述具有长余辉发光潜力的发光分子为碳点(carbon dots,CDs)或有机发光分子；

所述有机发光分子为4,4’-联吡啶、1,8-萘二甲酰亚胺、1,8-萘二甲酸酐、4-苯基吡啶、2-苯基吡啶、3-苯基吡啶、4-苯基喹啉或9-苯基吖啶；

即上述原位激活室温长余辉发光的SiO

本发明还提供了上述原位激活室温长余辉发光的SiO

1)将分散有SiO

2)待反应结束冷却至室温后，离心(12000rpm)收集沉淀，将沉淀多次洗涤离心后，得到原位激活室温长余辉发光的SiO

进一步地，步骤1)具体为：

1.1)将SiO

亦或，

先将SiO

1.2)将步骤1.1)得到的分散液置于压力管中，沙浴或水浴加热至100-200℃，200-500rpm(优选300rpm)搅拌3-60h；

亦或，

将步骤1.1)得到的分散液置于反应瓶中，并将反应瓶置于聚四氟乙烯水热反应釜中，外围加水与反应瓶中液面齐平，将水热反应釜密封后于100-200℃加热0.5-5h。

进一步地，步骤1)中，所述具有长余辉发光潜力的发光分子为碳点或有机发光分子；

所述有机发光分子为4,4’-联吡啶、1,8-萘二甲酰亚胺、1,8-萘二酸酐、4-苯基吡啶、2-苯基吡啶、3-苯基吡啶、4-苯基喹啉或9-苯基吖啶；

此处的碳点和有机发光分子可根据所需发光寿命及强度进行添加，本发明中根据需求，选择按照碳点、SiO

进一步地，所述碳点采用乙醇胺和磷酸经微波合成得到，随后采用NaHCO

进一步地，步骤1)中，所述载体采用SiO

其中，所述粒径为199-298nm的单分散SiO

S1制备“种子”原液

将乙醇、去离子水和氨水混合，200-500rpm下缓慢搅拌升温至60-70℃，然后将正硅酸乙酯(tetraethyl orthosilicate，TEOS，作为硅源，匀速滴加)以0.2mL/min的速度加入反应体系中，反应至少10h，得到的胶体溶液作为“种子”原液；

其中，乙醇、去离子水、氨水以及正硅酸乙酯的体积比为160∶33∶3.5∶4.4；

S2制备单分散SiO

S2.1将乙醇、去离子水和氨水在室温下混合均匀(200rpm)，将S1得到的“种子”原液加入反应体系中，得到混合液1；

其中，乙醇、去离子水、氨水以及“种子”原液的体积比为160∶40∶40∶0.4-1.5；

S2.2将乙醇、去离子水和氨水混合均匀得到混合液2，分别将正硅酸乙酯和所述混合液2以0.2mL/min的速度加入S2.1得到的混合液1中，反应至少2h，得到反应产物；

其中，乙醇、去离子水、氨水、正硅酸乙酯以及混合液1的体积比为10∶3∶7∶20∶120.2-120.75；

S2.3采用乙醇与水交替多次离心洗涤S2.2得到的反应产物，放入烘箱干燥后得到粒径为199-298nm的单分散SiO

进一步地，S1中，使用注射器将正硅酸乙酯加入反应体系中；

S2.1中，采用三口烧瓶作为反应容器；

采用移液枪将S1得到的“种子”原液加入反应体系中；

S2.2中，利用注射器向混合液1中加入正硅酸乙酯和混合液2时，分别从三口烧瓶的不同口加入，并且确保注射口不与混合液1的界面接触。

本发明还提供了上述原位激活室温长余辉发光的SiO

基于上述应用，提供了一种光子晶体，其特殊之处在于：将上述原位激活室温长余辉发光的SiO

本发明的原理：

本发明改变制备策略，直接选用形貌均匀的SiO

本发明的优点：

1.本发明具有普遍激活发光材料与分子的长余辉发光特性，制备方法从根本上规避了现在SiO

2.本发明利用具备优异形貌特征SiO

3.本发明中使用的单分散SiO

4.本发明中利用在水热条件下SiO

5.本发明所得具备长余辉发光的SiO

5.1经原位水热处理得到的具备长余辉发光的SiO

5.2本发明最高效率为在180℃下进行高温水热处理3h即可得寿命最长为3.5s的长余辉发光。

5.3具备长余辉发光的均匀SiO

5.4本发明所得到的长余辉纳米材料依然保持了主体材料的功能与作用，在生物成像、防伪加密、化学催化、智能传感技术领域具有巨大的发展潜力。

附图说明

图1为实施例1中利用优化后的

图2为实施例2中碳点@SiO

a为碳点@SiO

b为光致发光光谱及其在水分散液中UV光下的图像(上)，瞬态发光光谱(门控时间为1ms)及其在UV灯关闭后的发光光谱(下)；

c为在415nm处的荧光寿命；

d为在527nm处的发光寿命；

图3为不同温度与不同时间下合成的碳点@SiO

a为不同温度水热48小时得到的碳点@SiO

b为175℃下水热不同时间得到的碳点@SiO

c为不同温度水热48小时得到的碳点@SiO

d为175℃下水热不同时间得到的碳点@SiO

图4为277、262、221和199nm SiO

图5为277、262、221和199nm SiO

图6为光子晶体不同光源下(日光灯，紫外灯与紫外灯关闭后)的展示效果a为光子晶体结构拍摄示意图；

b为不同角度下285nm的碳点@SiO2复合纳米颗粒自组装的光子晶体在不同角度下的光反射图像；

c为在不同角度下的365nm紫外灯照射下的光致发光图像；

d为UV灯关闭后的绿色余辉发光图像；

图7为不同尺寸碳点@SiO

图8为4苯基吡啶-SiO

a为4-苯基吡啶-SiO

b为光致发光光谱与及其在水分散液中UV光下的图像(上)，瞬态发光光谱(门控时间为1ms)及其在UV灯关闭后的发光光谱；

c为激发依赖的瞬态发射光谱(门控时间：1ms)；

d为在472nm处的长余辉发光寿命(在415nm处的荧光寿命)。

图9为不同水热条件下4-苯基吡啶@SiO

a为不同水热温度下的4-苯基吡啶@SiO

b为不同水热时间下的4-苯基吡啶@SiO

图10为采用不同形态SiO

a为纳米线水热后的TEM图像及延迟发光发光光谱(门控时间：1ms)；

b为纳米粉末水热后的TEM图像及延迟发光发光光谱(门控时间：1ms)；

图11为不同分子经反应釜水热之后的激发光谱，光致发光光谱，和瞬态发光光谱。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明所涉及具备长余辉发光的SiO

粒径为199-298nm的单分散SiO

S1制备“种子”原液

将乙醇、去离子水和氨水混合，200-500rpm下缓慢搅拌升温至60-70℃，然后使用注射器将正硅酸乙酯(tetraethyl orthosilicate,TEOS，作为硅源，匀速滴加)以0.2mL/min的速度加入反应体系中，反应至少10个小时，得到的胶体溶液作为“种子”原液；

其中，乙醇、去离子水、氨水以及正硅酸乙酯的体积比为160∶33∶3.5∶4.4；

S2制备单分散SiO

S2.1将乙醇、去离子水和氨水在室温下于三口烧瓶中混合均匀(200 -500rpm)，采用移液枪将S1得到的“种子”原液加入反应体系中，得到混合液1；

其中，乙醇、去离子水、氨水以及“种子”原液的体积比为160∶40∶40∶0.4-1.5；

S2.2将乙醇、去离子水和氨水混合均匀得到混合液2，利用注射器分别将正硅酸乙酯和所述混合液2从三口烧瓶的不同口以0.2mL/min的速度加入S2.1得到的混合液1中，反应至少2h，得到反应产物；

其中，乙醇、去离子水、氨水以及正硅酸乙酯的体积比为10∶3∶7∶20；

S2.3采用乙醇与水交替多次离心洗涤S2.2得到的反应产物，放入烘箱干燥后得到粒径为199-298nm的单分散SiO

实施例1

本发明中SiO

按照前述方法，S1中，量取160mL乙醇，33mL去离子水和3.5mL氨水于单口烧瓶中，在缓慢搅拌下升温至60℃，然后用5mL的医用注射器量取4.4mL的正硅酸乙酯(TEOS)以0.2mL/min的速度加入反应体系，反应10小时，得到“种子”原液待用。

S2.1中，量取五组160mL乙醇，40mL去离子水和40mL氨水于三口烧瓶中，以300rpm速度室温下搅拌混合均匀，分别移取1.5mL、1.2mL、1mL、0.8mL、0.4mL的“种子”原液注入其中；

S2.2中，量取五组10mL乙醇，3mL去离子水和7mL氨水于烧杯中混合均匀，取20mL的医用注射器分别量取上述混合液和五组正硅酸乙酯(TEOS)，从三口烧瓶的不同口注入S2.1的反应体系，待注射完毕后反应2h制备SiO

实施例2

本发明中碳点@SiO

利用实施例1中所得到的298nm的SiO

如图2所示，在350nm的激发下，除了415nm的蓝色光致发光外。延迟时间为1.0ms的门控光谱显示，还具有发射集中在527nm处绿色磷光。在停止激发后，从水色散液中可以直接用肉眼看到绿色的余辉。在最佳激发下，527nm处的绿色磷光平均寿命为1.50s。此外，由于被SiO

实施例2-1

本发明所涉及碳点@SiO