中科院長春應化所Adv.Mater.：室溫下超快速合成NaBiF4上轉換納米顆粒的新型六方相

【引言】

由于上轉換納米材料具有很多優點，因此它被廣泛研究，尤其是NaREF₄（RE是稀土金屬）。然而，NaREF₄作為基體需要大量昂貴的稀土金屬鹽，這限制了它的發展和應用。非稀土金屬鉍無毒無害，成本低廉，并且摻雜在NaREF₄中能提高它的上轉換發光強度，但以NaBiF₄作為基體的上轉換納米材料尚未被研究。由于三價鉍離子在高溫下容易水解和還原，因此NaBiF₄納米顆粒的合成不宜在高溫下進行，開發低溫合成NaBiF₄上轉換納米顆粒的快速和對環境友好的方法很重要。

【成果簡介】

最近，中科院長春應化所的張洪杰院士和馮婧副研究員（共同通訊作者）在Adv.Mater.上發表了題為Ultrafast ?Synthesis ?of ?Novel ?Hexagonal ?Phase ?NaBiF_4??Upconversion Nanoparticles ?at??Room ?Temperature的文章，報道了室溫下只用一分鐘合成NaBiF₄上轉換納米顆粒的新型六方相的方法。這種方法和傳統的方法相比，更簡單、更方便使用。而且，用鉍代替稀土金屬能大大降低成本。合成出來的納米顆粒單分散性好，尺寸是480nm。合成出來的Yb³⁺和Ln³⁺共摻NaBiF₄上轉換納米顆粒的熒光強度很高。

【圖文導讀】

圖1 ?Yb³⁺和Ln³⁺共摻NaBiF₄上轉換納米顆粒的合成步驟

單分散的Yb³⁺和Ln³⁺共摻NaBiF₄上轉換納米顆粒是通過簡單的方法合成的。NH₄F溶液在室溫下加到NaNO₃、Bi(NO₃)₃和 Ln(NO₃)₃的混合溶液里。過了一分鐘后，無色透明混合溶液變成奶白色，這表明成功合成了Yb³⁺和Ln³⁺共摻NaBiF₄上轉換納米顆粒。

圖2 ?Yb³⁺和Er³⁺共摻NaBiF₄上轉換納米顆粒的表征

a ?與標準的六方相NaBiF₄的XRD譜圖對比圖

b ?EDX光譜圖

c ?掃描電鏡圖

d ?透射電鏡圖和高分辨率透射電鏡圖（小圖）

e ?HADDF-STEM圖

f-j ?Na, F, Bi, Yb和Er的STEM元素映射

圖3 ?上轉換熒光光譜以及能量密度的對數和強度的對數的關系圖

a ?Yb³⁺和Er³⁺共摻NaBiF₄上轉換納米顆粒的上轉換熒光光譜以及能量密度的對數和強度的對數的關系圖

b ?Yb³⁺和Ho³⁺共摻NaBiF₄上轉換納米顆粒的上轉換熒光光譜以及能量密度的對數和強度的對數的關系圖

c ?Yb³⁺和Tm³⁺共摻NaBiF₄上轉換納米顆粒的上轉換熒光光譜以及能量密度的對數和強度的對數的關系圖

【小結】

作者第一次報道了室溫下快速合成Yb³⁺和Ln³⁺共摻NaBiF₄上轉換納米顆粒的六方相的方法。這種方法能提高效率，并且不利用非稀土金屬鉍能降低成本，這表明它的大規模合成很有潛力，發展前景巨大。這項成果鼓舞著作者開發新的合成方法和上轉換納米顆粒。

文獻鏈接：Ultrafast Synthesis of Novel Hexagonal Phase NaBiF₄?Upconversion Nanoparticles at Room Temperature（Adv.Mater.，2017，10.1002/adma.201700505）

【通訊作者簡介】

張洪杰：無機化學家。中國科學院長春應用化學研究所研究員。1953年9月22日出生于吉林省榆樹市，籍貫吉林長春。1978年畢業于北京大學化學系，1985年在中國科學院長春應用化學研究所獲碩士學位，1993年在法國波爾多第一大學獲博士學位。長期從事稀土材料的基礎與應用研究。發展了快速溶膠-凝膠制備新方法，解決了稀土雜化發光材料穩定性差的難題， 獲得了一系列性能優異的稀土雜化發光材料；系統研究了稀土離子發射強度、能量傳遞與環境溫度之間的關系，解決了稀土發光材料溫敏涂層全表面精確測量和快速獲得模型表面熱流分布的關鍵科學問題和技術，制備出一系列超高聲速飛行器風洞測溫的稀土發光材料；探索了稀土離子對交流LED發光的影響機制，從源頭上解決了交流LED頻閃的難題；獲得了交流LED稀土熒光粉和器件制備的專利技術，實現了從基礎研究到產業化應用;系統地研究了稀土鎂合金相結構和相圖與性能的關系，發明了下沉陰極電解法，制備了系列稀土鎂中間合金；突破了大尺寸無縫擠壓新工藝，滿足了國家的重大需求。曾獲國家自然科學獎二等獎。

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