一种具有光热转换性能的近红外发射银纳米团簇/聚合物复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种具有光热转换性能的近红外发射银纳米团簇/聚合物复合材料及其制备方法，属于新材料领域。

背景技术

自然中的光按照波长可以分为紫外光、可见光和红外光。其中红外光又可分为近红外光、中红外光和远红外光。与可见光区域相比，近红外光(NIR)具有典型的生物组织穿透、低光损伤和低光散射的特点，光可以更深入地渗透到生物物质中，因此近红外材料可用于光热治疗、诊断和光热成像等应用。光热转换是指通过反射、吸收或其他方式把太阳辐射在地球表面的能量集中起来，转换成热量的过程。目前，已发展的光热转化材料有贵金属纳米材料、半导体纳米结构、碳材料、聚合物材料等。就目前报道的光热转换材料而言，有机小分子光热试剂由于合成过程复杂，使得想要获得热转化效率高、近红外吸收的光热试剂存在一定困难；而无机光热试剂虽具有近红外吸收和较高的光热转化效率，但其不确定的生物毒性以及难降解等缺点，使得该类材料的应用受到了限制；碳类材料具有较大的光热转换面积，但是其存在近红外区吸收能力差的缺点。因此，亟需寻找一种新型高性能的光热转化材料。

目前采用的光热转换材料主要是贵金属纳米材料，尤其是贵金属纳米颗粒和贵金属纳米团簇最为普遍。贵金属纳米颗粒包含棒、线、管及核壳等结构，在光学、电子、磁性、机械、催化等方面具有优良的特性，其各种性质不仅依赖于尺寸，还依赖于拓扑结构、电子结构等。作为光热转换材料，贵金属纳米颗粒表现出较好的光热性能，其机理表现为在特定激发波长的照射下，贵金属纳米颗粒发生局域表面等离子体共振，即将吸收的光能转化为电子谐振的动能，该动能可以通过晶格对电子的散射进一步转化为晶格的振动能。当晶格振动产生振动能的以热能的形式传递到周围环境时，环境温度将升高。如，中国专利文献CN114907853A(申请号：202210567007.6)公开了一种具有光热转换功能的纳米复合材料，其具有内核-内壳-外壳的结构。该材料以无机非金属上转换纳米晶作为纳米级光源，平均粒径为3-5nm的金纳米颗粒可以吸收以540nm为中心的绿色发射。该材料具有良好的光热性能，且光热转换效率最高可达41.2％。中国专利文献CN112143003A(申请号：202010991717.2)公开了一种具有可见光热转换性能的贵金属/高分子复合薄膜。该薄膜在可见光(波长为420nm-900nm)的照射下的表面温度可升高至40-90℃。中国专利文献CN115212306A(申请号：202210842397.3)公开了一种贵金属-蛋壳膜光热材料。该材料具有优异的光热转换性能，光照5min后温度基本稳定在115～116℃左右。但是，贵金属纳米颗粒存在一些弊端，限制了贵金属纳米颗粒的应用：1)金属纳米颗粒尺寸大，随着金属纳米颗粒的尺寸增大光热转换效率在下降；2)在不考虑对外部辐射光源的散射、折射等影响的情况下，贵金属纳米颗粒需提供较高的激发功率才可以进行光热转换。

与贵金属纳米颗粒不同，贵金属纳米团簇尺寸小于2nm，是由几个或几十个金属原子或金属离子通过金属与金属的作用或金属与配体的作用而形成的纳米材料。原子数精确型贵金属纳米团簇具有分子尺寸限制的贵金属原子和离散的电子能级，在光热转换等领域具有广泛的应用前景。但是，目前具有光热性质的贵金属材料只限于贵金属纳米颗粒，而关于单一贵金属纳米团簇或通过超分子化学手段将贵金属纳米团簇组装成具有光热性能的复合材料却鲜有报道。为此，提出本发明。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的第一个目的是提供一种具有光热转换性能的近红外发射银纳米团簇/聚合物复合材料。

术语说明：

Ag

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种具有光热转换性能的近红外发射银纳米团簇/聚合物复合材料，该复合材料为Ag

根据本发明，优选的，所述的银纳米团簇/聚合物复合材料的尺寸为50-100nm。

根据本发明，优选的，所述的银纳米团簇/聚合物复合材料的荧光光谱显示，激发波长为500-600nm，发射波长为715-735nm。

根据本发明，优选的，所述的银纳米团簇/聚合物复合材料的荧光寿命为82.274μs，量子产率为6.46％。

本发明的银纳米团簇/聚合物复合材料是通过静电作用、分子间氢键等非共价相互作用获得。

本发明的第二个目的是提供上述银纳米团簇/聚合物复合材料的制备方法。

一种具有光热转换性能的近红外发射银纳米团簇/聚合物复合材料的制备方法，包括步骤如下：

将硝酸银(AgNO

根据本发明，优选的，超声处理的超声频率为30-50kHz，超声功率为80W，超声时间为20-30分钟。

根据本发明，优选的，氨水的质量浓度为20-30％；氨水的加入量为使沉淀完全溶解。

根据本发明，优选的，Ag

根据本发明，Ag

最为优选的，Ag

根据本发明，优选的，混合液中聚乙烯亚胺的摩尔浓度为1-5μmol·L

根据本发明，优选的，涡旋时间为20-30s。

根据本发明，优选的，恒温静置为在20℃恒温箱中静置4-8天。

根据本发明，所述的PEI为常规市购产品。

根据本发明，优选的，PEI的分子量为750000-2000。PEI的摩尔质量随着聚合度的不同而改变。

本发明的第三个目的是提供上述银纳米团簇/聚合物复合材料的应用。

具有光热转换性能的近红外发射银纳米团簇/聚合物复合材料在光热转换的应用。

本发明的原理：

本发明在室温下，向无荧光的Ag

本发明的突出特点和有益效果：

1、本发明中Ag

2、本发明的Ag

3、本发明的Ag

附图说明

图1为本发明实施例1合成的Ag

图2为本发明实施例1制备的Ag

图3为本发明实施例1制备的Ag

图4为本发明实施例1制备的Ag

图5为本发明实施例1制备的Ag

图6为本发明实施例1制备的Ag

图7为本发明实施例1制备的Ag

图8为本发明实施例1制备的Ag

图9为本发明实施例4制备的Ag

图10为本发明实施例1制备的Ag

图11为本发明实施例4制备的Ag

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步阐述，但不限于此。

实施例中所用原料均为常规原料，市购产品，其中：AgNO

实施例中透射电子纤维镜(TEM)，通过TEM观察Ag

扫描电子显微镜(SEM)，通过SEM观察Ag

荧光共聚焦显微镜(CLSM)，通过CLSM可以观察Ag

荧光光谱，通过荧光分光光度计测试Ag

Zeta电位图(ζ-potential)，通过ζ电位表征分子间存在的作用力。

傅里叶转换红外光谱(FT-IR)，通过FT-IR谱图表征分子间存在的作用力。

X射线衍射(XRD)，通过XRD表征Ag

实施例1

一种具有光热转换性能的近红外发射银纳米团簇/聚合物复合材料的制备方法，步骤如下：

(1)Ag

称取AgNO

(2)银纳米团簇/聚合物复合材料的制备

称取分子量为750000的PEI 93.75mg，溶解于5mL三次水中，涡旋60s使其充分溶解，完全溶解后所得溶液是浓度为25μmol·L

步骤(1)得到的Ag

本实施例得到的Ag

本实施例制备的Ag

本实施例制备的Ag

本实施例制备的Ag

本实施例制备的Ag

本实施例制备的Ag

本实施例制备的Ag

实施例2

同实施例1所述的制备方法，不同之处在于：

称取分子量为70000的PEI 175mg，溶解于5mL三次水中，涡旋60s使其充分溶解，完全溶解后所得溶液是浓度为50μmol·L

实施例3

同实施例1所述的制备方法，不同之处在于：

称取分子量为25000的PEI 93.75mg，溶解于5mL三次水中，涡旋60s使其充分溶解，完全溶解后所得溶液是浓度为750μmol·L

实施例4

同实施例1所述的制备方法，不同之处在于：

称取分子量为2000的PEI 75mg，溶解于5mL三次水中，涡旋60s使其充分溶解，完全溶解后所得溶液是浓度为7500μmol·L

本实施例得到的Ag

实验例1

移取少量的PEI分子量为750000的Ag

如图10所示由于局部表面等离子体共振(LSPR)，Ag

实验例2

移取少量的PEI分子量为2000的Ag

如图11所示由于局部表面等离子体共振(LSPR)，Ag

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。