基于氟化物反蛋白石光子晶体的可控制备及上转换发光调制研究

Rare earth (RE) doped fluoride upconversion nanocrystals have become a research hotspot because of their widespread application prospects in biomedicine, laser and solar cell for the past few years. However, the technical problem of low upconversion luminescence (UCL) efficiency is still difficult to overcome, which is an obstacle for their practical applications. The method of self-assembly templates combined with hydrothermal is proposed to prepare a series of high quality RE doped fluoride inverse opal photonic crystals (IOPCs). The UCL efficiency will be improved due to the special structure of IOPCs and RE upconversion spontaneous radiation modulation by photonic band gap. The physics nature of RE upconversion spontaneous radiation modulation and UCL efficiency improvement by IOPCs will be revealed through a variety of measurements including emission spectra and dynamic, power-dependent emission spectra, temperature-dependent emission spectra and dynamic，quantum yield. The project will provides theoretical guidance and experimental basis for expanding the practical application fields of RE doped fluoride upconversion nanocrystals.

由于在生物医学、激光器和太阳能电池等方面广阔的应用前景，稀土掺杂氟化物上转换发光材料成为近年来的研究热点。但是，发光效率低一直是难以克服的技术难题，也成为制约其实际应用的瓶颈问题。本项目拟通过自组装模板结合水热法制备一系列高质量稀土掺杂氟化物反蛋白石光子晶体。通过反蛋白石光子晶体的特殊结构和光子带隙对稀土离子上转换自发辐射的调制作用，提高稀土离子上转换发光效率。通过测试稀土离子的发射光谱及荧光动力学、功率依赖光谱、温度依赖光谱及荧光动力学和量子效率，揭示反蛋白石光子晶体对稀土离子上转换自发辐射的调制作用和上转换发光效率提高的物质本质。本项目将为扩展稀土掺杂氟化物上转换发光材料的应用领域提供理论指导和实验基础。

本项目的研究是基于稀土掺杂上转换发光材料的反蛋白石光子晶体和稀土掺杂钙钛矿量子点的的可控制备及其应用为研究目标。首先通过自组装法制备In2O3:Yb3+，Er3+反蛋白石光子晶体，并将其应用于对血清中甲基汞含量的检测，由于这种检测方法的激发光源是红外光，有效避免了血清中发光物质自发荧光的干扰，检测下限降低到13nM，低于血清中汞离子25nM的安全线。另外制备了由TiO2反蛋白石光子晶体和CsPbCl3钙钛矿量子点组成的复合薄膜电极应用于对甲胎蛋白的光电化学检测，检测结果显示其对甲胎蛋白的线性检测范围为0.08-980ng/mL,检测下限为30pg/mL。相比于其他的检测器件，本研究设计的光电化学免疫传感器无论在检测范围还是在灵敏度方面都具有明显的优势，并且还具有灵敏度高、重复性好和抗干扰能力强的优点。这是由于反蛋白石光子晶体多孔结构具有大的比表面积，可以提高生物分子的固定量，从而提高检测灵敏度；同时三维多孔连通的孔道孔隙可以加速电子扩散速度，从而有利于电子的传输，提高了光电转换效率。最后制备了由Mn2+和稀土离子Eu3+掺杂的全无机钙钛矿量子点，并将其分别封装在SiO2薄膜上制备高稳定性和高亮度的CsPbCl3@SiO2纳米复合材料，使钙钛矿量子点的荧光效率由之前的21.01%和3.52%提高到了50.84%和49.00%。最终将所制备的稀土掺杂的纳米复合材料应用于LED显示照明领域，实验结果表明所制备的LED器件具有高的效率和稳定性。本项目将为稀土掺杂的纳米复合材料在光电领域的实际应用提供理论指导和实验依据。