室温下一步合成尺寸可控的亲水性KGdF₄材料的方法

专利名称：室温下一步合成尺寸可控的亲水性KGdF₄材料的方法
技术领域：
本发明属于稀土复合材料制备领域，具体涉及室温下一歩合成尺寸可控的亲水性 KGdF4材料的方法。
背景技术：
稀土氟化物纳米材料在发光、医药生物、润滑等领域有广泛的应用，目前已经发展出多种合成稀土氟化物纳米材料的方法。包括溶胶-凝胶法、液-固-液法、高温固相法、 水热/溶剂热法、高温溶剂法在内的几种相对比较成熟的合成方法。众所周知，纳米材料应用于生物领域(包括生物标记、医学诊断等)必须具备较小的尺寸、良好的亲水性。因此，将上述稀土氟化物纳米材料应用于生物领域的先决条件就是对它们进行表面修饰，得到亲水性的纳米材料。苏锵等人于2004年在Mater. Lett.上报道了利用高温固相法合成KGd2F7发光材料；林君等人于2008年在Chem. Mater.上发表了利用水热方法制备稀土氟化物；但是这两种合成策略的反应温度高，得到的产物尺寸较大，且不具备亲水性质。为了克服制备出的纳米粒子亲水性差的问题，还需要在制备纳米粒子的步骤之后，用一些修饰方法对其进行修饰，现有的修饰方法主要包括表面配体替换法、SiO2包覆法等。但是这些方法过程繁琐、修饰方法复杂，一般需要多个步骤来完成。张勇等人于2007 年在Nanotechnolog上发表了通过水热方法合成了聚醚酰亚胺包覆的亲水性NaYF4纳米粒子。然而该方法需要较高的合成温度，并且得到的产物团聚严重，分散性较差，不利于直接应用。

发明内容
为克服现有技术存在的技术缺陷，包括反应需要较高的温度、反应过程相对繁琐、修饰方法复杂、产物亲水性差，提供ー种室温下一歩合成尺寸可控的亲水性KGdF4材料的方法。室温下一歩合成尺寸可控的亲水性KGdF4材料的方法，该方法包括将50mmol Gd2O3用HNO3加热至溶解，加去离子水稀释，配制成浓度为0. 5M的Gd(NO3)3溶液；取2mL Gd (NO3)3溶液加入DEG/水混合溶剂中(Gd (NO3)3溶液与DEG/水混合溶剂的总体积为50mL)， 搅拌IOmin后向上述溶液中加入4mmolKF · 2H20 ；室温下搅拌6 15小时后将所得产物分离、洗涤、干燥，得到KGdF4材料；所述DEG/水混合溶剂中，DEG的体积分数为0 96%，水的体积分数为100% 4%。有益效果(1)本发明所述方法合成步骤简単，可在室温条件下，一歩合成具有亲水性质的 KGdF4纳米粒子，无需修饰步骤，减少了技术工作量。(2)本发明所述方法合成步骤简単，反应条件温和，可重复性强，可以实现批量制备，同时通过简单地控制DEG/水的体积比即可实现对产物尺寸的有效调节。(3)本发明所述方法选择KGdF4为基质材料，采用ー缩ニ乙ニ醇(DEG)/水混合溶液作为反应媒介，在室温下合成了尺寸可控Ol5-40nm)且具有水分散性质的KGdF4纳米粒子。(4)本发明通过调节DEG/水的体积比可以得到粒径大小从215nm到40nm的纳米 /亚微米复合材料，大小均勻，单分散性较好，并且具有良好的表面性质，可以稳定分散于水或乙醇等极性溶剂中形成胶体溶液。


图1为由本发明所述室温下一歩合成尺寸可控的亲水性KGdF4材料的方法制备出的粒径为215nm的KGdF4亚微米粒子；图2为由本发明所述室温下一歩合成尺寸可控的亲水性KGdF4材料的方法制备出的粒径为165nm的菱角状KGdF4亚微米粒子；图3为由本发明所述室温下一歩合成尺寸可控的亲水性KGdF4材料的方法制备出的粒径为115nm的菱角状KGdF4亚微米粒子；图4为由本发明所述室温下一歩合成尺寸可控的亲水性KGdF4材料的方法制备出的粒径为76nm的KGdF4纳米粒子；图5为由本发明所述室温下一歩合成尺寸可控的亲水性KGdF4材料的方法制备出的粒径为40nm的KGdF4纳米粒子；图6为DEG和KGdF4纳米粒子的红外-傅立叶转换光谱；图7为得到的KGdF4纳米粒子分散在水中的数码照片。
具体实施例方式本发明所使用的原料是纯度为99. 99%的Gd2O3和KF ·2Η20，DEG和HNO3为分析纯。
具体实施方式
一制备粒径为215nm的KGdF4亚微米粒子结合图1、图6、图7说明本实施方式首先在加热的条件下将50mmol Gd2O3用HNO3加热溶解，加去离子水稀释，配制成浓度为0. 5M的Gd (NO3) 3溶液；取2mL Gd (NO3) 3溶液加入48mL的水(Gd (NO3) 3溶液与水的总体积为50mL)，搅拌IOmin后向上述溶液中加入4mmol KF · 2H20 ；室温下搅拌他，将所得悬浊液离心分离，用水和乙醇分别洗涤后80°C干燥。所得材料的形貌及尺寸通过扫描电镜及透射电镜进行表征，可以看出粒径大约为215nm。图6为DEG和KGdF4纳米粒子的红外-傅立叶转换光谱，从上图可以看出两个红外光谱的形状和峰的位置相近，这就证明DEG分子已经成功地包覆在纳米粒子的外表面， 这就赋予了产物良好的亲水性质。图7为得到的KGdF4纳米粒子分散在水中的数码照片，从照片中可以看出得到的 KGdF4产物可以分散在水中形成半透明的胶体溶液。
具体实施方式
ニ 制备粒径为165nm的菱角状KGdF4亚微米粒子结合图2说明本实施方式首先在加热的条件下将50mmol Gd2O3用HNO3加热溶解，加去离子水稀释，配制成浓度为0. 5M的Gd(NO3)3溶液；取2mL Gd(NO3)3溶液加入10mLDEG/38mL水混合溶液中(Gd(NO3)3溶液与DEG/水混合溶剂的总体积为50mL)，搅拌IOmin后向上述溶液中加入4mmol KF · 2H20 ；室温下搅拌8h，将所得悬浊液离心分离，用水和乙醇分别洗涤后80°C 干燥。所得材料的形貌及尺寸通过扫描电镜及透射电镜进行表征，可以看出粒径大约为 165nm。
具体实施方式
三制备粒径为115nm的菱角状KGdF4亚微米粒子结合图3说明本实施方式首先在加热的条件下将50mmol Gd2O3用HNO3加热溶解，加去离子水稀释，配制成浓度为0. 5M的Gd(NO3)3溶液；取2mL Gd(NO3)3溶液加入15mLDEG/33mL水混合溶液中(Gd(NO3)3溶液与DEG/水混合溶剂的总体积为50mL)，搅拌IOmin后向上述溶液中加入4mmol KF · 2H20 ；室温下搅拌8h，将所得悬浊液离心分离，用水和乙醇分别洗涤后80°C 干燥。所得材料的形貌及尺寸通过扫描电镜及透射电镜进行表征，可以看出粒径大约为 115nm。
具体实施方式
四制备粒径为76nm的KGdF4纳米粒子结合图4说明本实施方式首先在加热的条件下将50mmol Gd2O3用HNO3加热溶解，加去离子水稀释，配制成浓度为0. 5M的Gd(NO3) 3溶液；取2mL Gd(NO3) 3溶液加入20mLDEG/^8mL水混合溶液中 (Gd(NO3)3溶液与DEG/水混合溶剂的总体积为50mL)，搅拌IOmin后向上述溶液中加入 4mmol KF · 2H20 ；室温下搅拌8h，将所得悬浊液离心分离，用水和乙醇分别洗涤后80°C干燥。所得材料的形貌及尺寸通过扫描电镜及透射电镜进行表征，可以看出粒径大约为76nm。
具体实施方式
五制备粒径为40nm的KGdF4纳米粒子结合图5说明本实施方式首先在加热的条件下将50mmol Gd2O3用HNO3加热溶解，加去离子水稀释，配制成浓度为 0. 5M 的 Gd (NO3) 3 溶液-M 2mL Gd (NO3) 3 溶液加入 48mL DEG 中(Gd (NO3) 3 溶液与 DEG/ 水混合溶剂的总体积为50mL)，搅拌IOmin后向上述溶液中加入4mmol KF · 2H20 ；室温下搅拌他，将所得悬浊液离心分离，用水和乙醇分别洗涤后80°C干燥。所得材料的形貌及尺寸通过扫描电镜及透射电镜进行表征，可以看出粒径大约为40nm。
权利要求
1.室温下一步合成尺寸可控的亲水性KGdF4材料的方法，其特征在于，该方法包括 将50mmol Gd2O3用HNO3加热至溶解，加去离子水稀释，配制成浓度为0. 5M的Gd(NO3)3溶液；取2mL Gd(NO3) 3溶液加入DEG/水混合溶剂中，搅拌IOmin后向上述溶液中加入4mmol KF · 2H20 ；室温下搅拌6 15小时后将所得产物分离、洗涤、干燥，得到KGdF4材料；所述DEG/水混合溶剂中，DEG的体积分数为0 96%，水的体积分数为100% 4%。
全文摘要
室温下一步合成尺寸可控的亲水性KGdF4材料的方法，属于稀土复合材料制备领域，为克服现有技术存在的技术缺陷反应温度高、反应过程相对繁琐、修饰方法复杂、产物亲水性差，该方法包括将50mmol Gd2O3用HNO3加热至溶解，加去离子水稀释，配制成浓度为0.5M的溶液Gd(NO3)3溶液；取2mL Gd(NO3)3溶液加入DEG/水混合溶剂中，搅拌10min后向上述溶液中加入4mmol KF·2H2O；室温下搅拌6～15小时后将所得产物分离、洗涤、干燥，得到KGdF4。本方法合成步骤简单，反应条件温和并在室温下合成了尺寸可控且具有水分散性质的KGdF4纳米粒子。
文档编号B82Y40/00GK102557104SQ20111044242
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月26日 优先权日2011年12月26日
发明者李春霞, 杨冬梅, 林君 申请人:中国科学院长春应用化学研究所