石墨烯和稀土上轉換熒光復合材料及制備方法技術

本發明專利技術提供的是石墨烯和稀土上轉換熒光復合材料及制備方法。以石墨粉為原料采用Hummer法制備氧化石墨；)將5～85mg氧化石墨超聲分散在24～60mL水中，再將總摩爾量為0.05～1mmol的Y(NO3)、Yb(NO3)和Er(NO3)以化學計量比78:20:2添加到氧化石墨分散物中，加入0.02～0.5gNaF，攪拌5～10min后，轉移到100mL反應釜中，200～240°C反應4-24h，自然冷卻到室溫，離心分離并用去離子水洗滌兩次，則得到石墨烯和釔的氟化物上轉換熒光粉的復合材料，包括石墨烯-YF3:Yb,Er、石墨烯-(α)NaYF4:Yb,Er、石墨烯-(β)NaYF4:Yb,Er中的一種或兩種或三種的混合物。本發明專利技術法過程簡單、原料無毒，能通過簡單調整水熱反應條件改變稀土上轉換熒光材料的類別，調整最終復合材料的上轉換熒光性質。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及的是ー種石墨烯和稀土上轉換熒光復合材料。本專利技術也涉及ー種石墨烯和稀土上轉換熒光復合材料的制備方法。
技術介紹
石墨烯具有Sp2雜化的單層碳原子結構，因此具有先進的機械、光和電學性質。從2004年發現至今一直是材料和生物
的研究熱點，尤其是在探索石墨烯在物理、化學和生物領域的應用價值方面。目前，石墨烯在納米電子學、納米傳感器和納米復合物等方面的研究已經取得了重要進展。然而，如何進ー步優化石墨烯以滿足其在更廣闊領域的應用仍然是研究人員最高關心的問題。優化石墨烯最快捷且實用的方法就是將石墨烯與其他材料復合制備更先進的石墨烯基復合材料。這種復合材料同時具備兩種材料的優異性能，功能性更強，因此應用范圍更廣，例如在傳感器、太陽能電池、晶體管和生物芯片等領域。然而，石墨烯自身的疏水性一方面限制了其在水溶液中的應用，另一方面也提高了復合其他功能材料的難度。最簡單的解決方法就是利用其前驅體氧化石墨作為基質。氧化石墨不但具備石墨烯的單層碳原子薄片結構，而且在其表面存在大量的羥基和環氧基，易于復合其他功能材料。因此，目前石墨烯基復合材料大多是以氧化石墨作為基質材料。目前，已報道的石墨烯基復合材料有石墨烯-金屬復合材料、石墨烯-磁性氧化物復合材料和石墨烯-熒光粉復合材料等，其中，石墨烯-熒光粉基復合材料由于其在光催化和光學限幅領域的廣闊應用前景引起了我們的關注。稀土上轉換熒光材料以其大斯托克斯位移、窄發射光譜、長熒光壽命、高化學/光化學穩定性、低毒性和紅外到可見光激發等獨特優勢在眾多熒光材料中脫穎而出，成為熒光材料的首選。目前雖有這方面研究，但遺憾的是得到的復合材料的熒光性質都很差。綜上，系統研究功能化不同類別的稀土上轉換熒光材料的石墨烯-熒光粉復合材料的研究還沒有報道過，此外，能夠制備具有良好上轉換熒光性質的石墨烯-稀土上轉換熒光復合材料的方案或路線也沒有報道過。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供ー種具有良好上轉換熒光性質石墨烯和稀土上轉換熒光復合材料。本專利技術的目的還在于提供ー種過程簡單、原料無毒的石墨烯和稀土上轉換熒光復合材料的制備方法。本專利技術的目的是這樣實現的本專利技術的石墨烯和稀土上轉換熒光復合材料的構成及化學表達式為石墨烯-YF3: Yb，Er、石墨烯-(a ) NaYF4: Yb，Er 或石墨烯-(P ) NaYF4: Yb，Er，其中“-”表示功能化，“”表示摻雜，“ a ”表示a相，“ 0 ”表示0相。本專利技術的石墨烯和稀土上轉換熒光復合材料的制備方法為(I)以石墨粉為原料采用Hummer法制備氧化石墨；(2)將5 85mg氧化石墨超聲分散在24 60mL水中，再將總摩爾量為0.05 Immol的Y(NO3)、Yb(NO3)和Er(NO3)以化學計量比78:20:2添加到氧化石墨分散物中，加入0. 02 0. 5g NaF，攪拌5 IOmin后，轉移到IOOmL反應釜中，200 240° C反應4-24h，自然冷卻到室溫，離心分離并用去離子水洗滌兩次，則得到石墨烯和釔的氟化物上轉換熒光粉的復合材料，包括石墨烯_YF3:Yb，￡1'、石墨烯-レ)似￥ 4:￥13，Er、石墨烯-(3 )NaYF4:Yb,Er中的ー種或兩種或三種的混合物，其中“-”表示功能化，“”表示摻雜，“ a ”表示a相，“ 0 ”表示0相。將65 85mg氧化石墨超聲分散在24mL水中，再將總摩爾量為Immol的Y(NO3)、Yb (NO3)和Er(NO3)以化學計量比78:20:2添加到氧化石墨分散物中，加入0. 76 I. Og檸檬酸鈉，攪拌5min后，加入24mLこ醇，劇烈攪拌條件下滴加24mL溶有0. 3 0. 5gNaF的水和こ醇的體積比為I的溶液，調節pH值到3，轉移到IOOmL反應釜中，240° C反應4h，得到石墨烯和P相NaYF4:Yb，Er熒光粉的復合材料，表示為石墨烯-(P)NaYF4:Yb，Er。·將5 7mg氧化石墨超聲分散在60mL水中，再將總摩爾量為0. 05mmol的Y(NO3)、Yb (NO3)和Er(NO3)以化學計量比78:20:2添加到氧化石墨分散物中，加入0. 02 0. 2gNaF，攪拌IOmin后，轉移到IOOmL反應釜中，200° C反應24h，自然冷卻到室溫，離心分離并用去離子水洗滌兩次，則得到石墨烯和釔的氟化物上轉換熒光粉的復合材料，包括石墨烯-YF3: Yb, Er 和石墨烯 _(a) NaYF4: Yb, Er。本專利技術采用水熱法制備三種石墨烯-稀土上轉換熒光復合材料，包括石墨烯-YF3: Yb，Er、石墨烯-(a ) NaYF4: Yb，Er和石墨烯-(P ) NaYF4: Yb, Er0此法具有如下特點，一是水熱反應過程中，在將氧化石墨還原為石墨烯的同時，將不同類別的稀土上轉換熒光粒子功能化到石墨烯材料上；ニ是該水熱法過程簡單、原料無毒，能通過簡單調整水熱反應條件分別將YF3: Yb，Er、a相NaYF4: Yb，Er和@相NaYF4 = Yb, Er三種不同的稀土上轉換熒光粒子均勻復合到石墨烯材料上；三是能夠通過改變稀土上轉換熒光材料的類別，調整最終復合材料的上轉換熒光性質。該方法及設計路線較其它方法具有反應條件穩定、便捷、復合粒子分散均勻且純度高和綠色環保等特點，最重要的是，最終優化得到石墨烯-(3)NaYF4IYb, Er復合材料中Er3+的上轉換發射強度目前在同類石墨烯-熒光粉復合材料中最高。其具體制備方案、優化結果以及理論的通用性在國內外尚屬空白。本專利技術的復合材料在980nm激發光下發出強上轉換突光(與光功能化石墨烯復合材料相比)，在光催化和光學限幅領域應用前景廣闊。附圖說明圖I (a)為氧化石墨的XRD圖，圖I (b)為氧化石墨的SEM照片。圖2為具體實施方式(一)利用氧化石墨水熱制備石墨烯_YF3:Yb，Er復合材料的過程示意圖。圖3中的曲線(a)、(b)和(C)分別是具體實施方式(一)(ニ)和(三)的產物石墨烯-YF3: Yb, Er、石墨烯-(a) NaYF4: Yb, Er 和石墨烯-(￠) NaYF4: Yb, Er 的 XRD 圖 JCPDS32-1431 和 JCPDS16-0334 分別是 YF3 和 ^ 相 NaYF4:Yb, Er 的標準卡片。圖4(a)-圖4(b)、圖4(c)-圖4(d)和圖4(e)-圖4(f)分別是具體實施方式(一)(ニ)和(三)的產物石墨烯-YF3: Yb, Er、石墨烯-(a) NaYF4: Yb, Er和石墨烯-(￠)NaYF4IYb, Er的SEM和TEM照片;其中圖4 (f)為復合于石墨烯上的P相NaYF4: Yb, Er的高分辨TEM照片。圖5 (a)是具體實施方式(ニ)和(三)的產物石墨烯-(a) NaYF4: Yb, Er和石墨烯-(0 ) NaYF4: Yb, Er復合材料的上轉換光譜圖；圖5 (b)是NaYF4: Yb, Er的上轉換機理圖。具體實施例方式下面結合實施例對本專利技術的技術方案及效果作進ー步描述。但是，所使用的具體方法、配方和說明并不是對本專利技術的限制。具體實施方式(一) 氧化石墨以石墨粉為原料采用Hummer法制備，作為下步復合的原料，并作為對比材料。將5. 9mg氧化石墨超聲本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種石墨烯和稀土上轉換熒光復合材料，其特征是：為石墨烯?YF3:Yb,Er、石墨烯?(α)NaYF4:Yb,Er或石墨烯?(β)NaYF4:Yb,Er中的一種或其混合物，其中“?”表示功能化，“:”表示摻雜，“α”表示α相，“β”表示β相。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊飄萍，蓋世麗，張圣歡，呂銳嬋，牛娜，賀飛，
申請(專利權)人：哈爾濱工程大學，
類型：發明
國別省市：