一种强发射荧光铱纳米簇的制备方法

技术领域

本发明涉及发光金属纳米材料技术领域，更具体地说，它涉及一种强发射荧光铱纳米簇的制备方法。

背景技术

贵金属纳米簇的尺寸接近电子的费米波长，因此表现出独特的类分子性质，如具有HOMO-LUMO过渡态、光学手性、量子化电容充电、离散的电子态、吸收光谱和荧光光谱性质等。加之其生物毒性低，贵金属纳米簇在传感、光敏材料、光电设备、生物成像等领域展现出潜在的应用前景。铱纳米簇(IrNCs)具有抗腐蚀能力强、稳定性好等特点，恰好弥补了金、银、铜纳米簇易受外界环境影响的缺陷，因此IrNCs不论是在理论研究还是在实际应用中都具有重要的研究价值。然而，荧光量子产率低这一问题是制约IrNCs研究的最主要因素之一，同时也是拓展IrNCs应用研究的瓶颈。因此，开发一种高稳定、强发射荧光IrNCs的制备方法显得尤为重要。

欲解决IrNCs的荧光量子产率低这一问题，应从IrNCs产生荧光的本质入手。一方面，尺寸小于2nm的IrNCs具有量子限域效应而产生荧光，而因为尺寸小，IrNCs更容易发生振动、转动而辐射能量，使荧光量子产率降低。另一方面，IrNCs的分子结构、组成、表面电荷、所处环境等也是影响IrNCs荧光量子产率的重要因素。配体是合成IrNCs的必备原料，它不仅具有稳定IrNCs的作用，与Ir核之间还可以产生配体-金属电荷转移或配体-金属-金属电荷转移(LMCT/LMMCT)等电子效应，从而影响IrNCs的结构、组成以及带电环境，继而影响IrNCs的荧光性能。因此，这两个方面将是改善IrNCs荧光量子产率的切入点。

研究金属纳米簇的结构与荧光性能的关系中发现稳定剂中的富电子原子或基团可通过金属-配体键而传递给金属核。改善金属团簇的价态、增强稳定剂的供电子能力、在配体中引入富电子原子或基团等方法可增强LMCT/LMMCT作用，提高金属簇的荧光量子产率。因此，选择刚性大、供电子能力强的稳定剂，保证Ir核与稳定剂中配位原子间的充分键合，增强IrNCs的刚性，减少振动和转动导致的辐射损失，提高LMCT/LMMCT作用，将有效改善荧光IrNCs的量子产率，增强IrNCs的荧光。

发明内容

本发明的目的是提供一种强发射荧光铱纳米簇的制备方法，该方法制备过程中只需要前驱体IrCl

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种强发射荧光铱纳米簇的制备方法，包括以下几个步骤：

S1.制备IrCl

称取一定量的IrCl

S2.制备荧光IrNCs材料：

将S1制备得到的IrCl

S3.制备IrNCs晶体：

将S2制备得到的IrNCs材料进行旋蒸，旋蒸温度为110-160℃，得到IrNCs晶体；

S4.分散IrNCs晶体：

将S3制备得到的IrNCs晶体分散于合适的溶剂中，即得到不同溶剂分散的荧光IrNCs溶液，备用。

本发明进一步设置为：所述IrCl

本发明进一步设置为：所述IrCl

本发明进一步设置为：所述制备荧光IrNCs材料的反应温度为120-170℃，反应时间为9-15h，搅拌速度为500-2000r/min。

本发明进一步设置为：所述分散IrNCs晶体的过程中可选取乙醇、三氯甲烷、DMF和MFA等作为溶剂。

进一步，根据本发明所提供的方法制备得到的产物IrNCs在波长为250-380nm的紫外光激发下，发射青绿色荧光；IrNCs的激发波长为468nm，发射波长为539nm；IrNCs具有高的稳定性，在室温下可保存6个月以上；IrNCs具有强的荧光发射，荧光量子产率达9.46％，产物IrNCs可用于可视化光学传感用于分析检测应用领域。

进一步，纳米材料IrNCs的荧光寿命为0.847ns。

进一步，IrNCs的粒径大小为3.0±0.5nm。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

(1)IrNCs的制备过程只用了IrCl

(2)IrNCs的制备、纯化过程简单、易操作。

(3)IrNCs的具有强发射荧光，荧光量子产率达9.46％。

(4)IrNCs稳定性好，常温常压保存6个月以上，光学性能没有明显下降。

(5)IrNCs的荧光性能优异，具有激发依赖的发射性质。

(6)IrNCs的溶解性好，可溶于乙醇、三氯甲烷、DMF和MFA等多种有机溶剂中。

(7)所述IrNCs材料可用于可视化光学传感用于分析检测应用领域。

附图说明

图1IrNCs的紫外-可见吸收光谱图，插图：IrNCs在(a)自然光和(b)紫外光下的照片；

图2IrNCs的荧光光谱图；

图3(a)IrNCs的高分辨透射电子显微镜图；(b)IrNCs的粒径分布图；

图4IrNCs和MFA的红外光谱图；

图5IrNCs的激发依赖的发射光谱图。

具体实施方式

以下结合附图1-5对本发明作进一步详细说明。

实施例1：一种强发射荧光铱纳米簇的制备方法，包括以下几个步骤：

S1.制备IrCl

称取一定量的IrCl

S2.制备荧光IrNCs材料：

将S1制备得到的IrCl

S3.制备IrNCs晶体：

将S2制备得到的IrNCs材料进行旋蒸，旋蒸温度为110-160℃，得到IrNCs晶体。

S4.分散IrNCs晶体：

将S3制备得到的IrNCs晶体分散于合适的溶剂中，即得到不同溶剂分散的荧光IrNCs溶液，备用。分散IrNCs晶体的过程中可选取乙醇、三氯甲烷、DMF和MFA等作为溶剂。

按照上述制备方法制备得到的产物IrNCs在波长为250-380nm的紫外光激发下，发射青绿色荧光；IrNCs的激发波长为468nm，发射波长为539nm；IrNCs具有高的稳定性，在室温下可保存6个月以上；IrNCs具有强的荧光发射，荧光量子产率达9.46％。

实施例2：称取0.009g的IrCl

对IrNCs进行紫外-可见吸收光谱扫描，观察IrNCs的紫外-可见吸收光谱。在可见光和紫外灯下观察IrNCs的发光情况。如图1所示，得到的是IrNCs的紫外-可见吸收光谱图，插图为可见光和紫光灯照射下的IrNCs的图片。从图1的紫外-可见吸收光谱图可以看到IrNCs在400nm，495nm和584nm处有吸收。图1中的插图(a)为IrNCs在可见光下的照片，得到的是深棕色的溶液，插图(b)为IrNCs在365nm的紫外灯下的照片，显示明亮的青绿色荧光，说明IrNCs具有强的荧光发射。

用荧光分光光度计对IrNCs进行荧光光谱扫描。如图2所示，得到的是IrNCs的荧光光谱图。从图2的IrNCs的荧光图谱可以看到，IrNCs的激发和发射位于468nm和539nm处，从荧光强度可以看出IrNCs具有强的荧光发射。

荧光IrNCs的表征：

(1)用高分辨透射电子显微镜对IrNCs的微观结构进行表征。如图3所示，得到的是IrNCs的高分辨透射电子显微镜图和粒径统计分布图。

(2)用傅立叶变换红外光谱仪对IrNCs进行红外光谱扫描。如图4所示，得到的是IrNCs和MFA的红外光谱图。

(3)用硫酸奎宁标准溶液作为参比，对IrNCs进行荧光量子产率测定，根据公式

(4)对IrNCs进行激发依赖的发射光谱扫描。如图5所示，得到的是IrNCs的激发依赖的发射光谱。

从图3的IrNCs的高分辨透射电子显微镜图和粒径分布图可以看出IrNCs具有良好的分散性和均一性，呈现粒径约为3.5±0.5nm的球状颗粒。从图4的红外图谱可以看出，在IrNCs的红外图谱的877cm

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。