共价键合型稀土配合物/海藻酸钠复合发光材料的制备与表征

Alginate is an abundant natural polysaccharide. Combining alginate’s biodegradable and biocompatible characteristics with lanthanide’s excellent luminescence will be one of the novel approaches to prepare environmentally friendly hybrid materials..In this project, photoluminescent hybrid materials will be prepared by covalently bonding lanthanide complexes into alginate framework through ligand replacement..In water or common organic solvents, the preparation can be carried out at room temperature and normal pressure. The photoluminescence of hybrid materials will be finely tuned through carefully choosing organic ligand and corresponding lanthanide ions. Moreover, hybrid materials can be fabricated as hydrogel, alcogel, xerogel and aerogel. The luminescence of hybrid materials will be characterized by photoluminescence spectra. The morphology and textural properties of the aerogel microspheres will be characterized by SEM and nitrogen adsorption/desorption isotherms, respectively. In order to confirm its biocompatibility, the cytotoxicity of luminescent hydrogel will be assessed by MTT. Our study will not only offer a novel way to the preparation of luminescent hybrid materials containing covalently-bonded lanthanide complexes, but also enrich the lanthanide hybrid materials and enhance their potential applications.

海藻酸钠是自然界中大量存在的一种生物大分子，它具有生物可降解性、生物相容性等优点。把海藻酸钠的独特性质与稀土配合物的优良发光性能结合起来，将为制备环保型发光材料提供一种崭新的途径。本项目拟通过配体取代反应将稀土配合物嫁接到海藻酸钠骨架中，制备共价键合型稀土复合发光材料。制备条件简便易行，在常温常压的水溶液或者常见有机溶剂中即可进行。通过有机配体和稀土离子的选择对材料的发光性能（包括发光颜色，发光效率等）进行精细调控。所得材料还可以制备成水凝胶、醇凝胶，干凝胶与气凝胶四种不同的形态。材料的发光性能将通过荧光光谱进行表征。通过扫描电镜考察固体材料的形貌特点。利用氮气吸附脱附对气凝胶的孔结构进行表征。采用MTT法对发光水凝胶的细胞毒性进行考察，从而验证其生物相容性。本项目的研究不仅为共价键合型稀土复合发光材料的制备提供一种崭新的方法，而且还将丰富和发展稀土配合物复合材料的种类和应用范围。

稀土元素由于其独特的4f电子构型和丰富的能级结构，使其在发光领域备受关注。把稀土引入到不同的基质材料中，可以扩大其应用范围。传统基质材料一般选用二氧化硅或者人工合成的高分子材料。由于这些基质材料本身不具备良好的生物相容性，使其在生物成像等方面的应用受到诸多限制。.本项目选用海藻酸钠作为基质材料，制备了新型的稀土复合发光功能材料。主要研究内容如下：a) 制备了系列有机羧酸/稀土铽复合材料，考察它们发光性能, 当采用均四苯甲酸有机羧酸配体时，所得材料的荧光强度最强; b) 选择大环配体四(4-羧基苯基)卟吩，对海藻酸钠/铽微球进行了共价修饰。制备了含有大环稀土配合物的新型复合发光材料,该水凝胶材料对Fe3+具有良好的识别作用，同时还发现这种水凝胶材料表现出良好的pH响应特点; c) 采用简单易行的制备方法，把YVO4 : Eu3+发光体系通过共价键结合的方式连接到海藻酸钠生物大分子骨架中。尤其是在丙酮溶液中，表现出最明显的猝灭效果; d) 我们以海藻酸钠为基质材料，以八羟基喹啉以及各种β-二酮为配体，制备了含有Nd3+, Er3+, Yb3+离子的复合材料，但是，荧光测试的结果显示，材料并没有显示出我们期待的近红外发光。可能是由于海藻酸钠基质中的羟基高频振动导致了稀土离子发光非常微弱; e) 在复合材料体系中加入维纤化纤维素（MFC），材料的力学性能得到了大幅度的提高。发光材料表现出良好的形状记忆功能，而且这种材料还可以用于有机染料的吸附。.通过本项目的研究，我们探索出了一条简便易行的合成方法，把稀土发光法中心以共价键的方式键合到海藻酸钠大分子中，还进一步拓展了研究范围，把维纤化纤维素（MFC）引入到稀土复合发光材料中，提高了材料的机械性能。我们相信，本项目的研究工作为我国稀土资源的充分利用有可能提供一个崭新的途径。..关键词：共价键合；稀土配合物；海藻酸钠；复合发光材料；制备