中科院长春应化所Adv.Mater.：室温下超快速合成NaBiF4上转换纳米颗粒的新型六方相

【引言】

由于上转换纳米材料具有很多优点，因此它被广泛研究，尤其是NaREF₄（RE是稀土金属）。然而，NaREF₄作为基体需要大量昂贵的稀土金属盐，这限制了它的发展和应用。非稀土金属铋无毒无害，成本低廉，并且掺杂在NaREF₄中能提高它的上转换发光强度，但以NaBiF₄作为基体的上转换纳米材料尚未被研究。由于三价铋离子在高温下容易水解和还原，因此NaBiF₄纳米颗粒的合成不宜在高温下进行，开发低温合成NaBiF₄上转换纳米颗粒的快速和对环境友好的方法很重要。

【成果简介】

最近，中科院长春应化所的张洪杰院士和冯婧副研究员（共同通讯作者）在Adv.Mater.上发表了题为Ultrafast  Synthesis  of  Novel  Hexagonal  Phase  NaBiF₄  Upconversion Nanoparticles  at  Room  Temperature的文章，报道了室温下只用一分钟合成NaBiF₄上转换纳米颗粒的新型六方相的方法。这种方法和传统的方法相比，更简单、更方便使用。而且，用铋代替稀土金属能大大降低成本。合成出来的纳米颗粒单分散性好，尺寸是480nm。合成出来的Yb³⁺和Ln³⁺共掺NaBiF₄上转换纳米颗粒的荧光强度很高。

【图文导读】

图1  Yb³⁺和Ln³⁺共掺NaBiF₄上转换纳米颗粒的合成步骤

单分散的Yb³⁺和Ln³⁺共掺NaBiF₄上转换纳米颗粒是通过简单的方法合成的。NH₄F溶液在室温下加到NaNO₃、Bi(NO₃)₃和 Ln(NO₃)₃的混合溶液里。过了一分钟后，无色透明混合溶液变成奶白色，这表明成功合成了Yb³⁺和Ln³⁺共掺NaBiF₄上转换纳米颗粒。

图2  Yb³⁺和Er³⁺共掺NaBiF₄上转换纳米颗粒的表征

a  与标准的六方相NaBiF₄的XRD谱图对比图

b  EDX光谱图

c  扫描电镜图

d  透射电镜图和高分辨率透射电镜图（小图）

e  HADDF-STEM图

f-j  Na, F, Bi, Yb和Er的STEM元素映射

图3  上转换荧光光谱以及能量密度的对数和强度的对数的关系图

a  Yb³⁺和Er³⁺共掺NaBiF₄上转换纳米颗粒的上转换荧光光谱以及能量密度的对数和强度的对数的关系图

b  Yb³⁺和Ho³⁺共掺NaBiF₄上转换纳米颗粒的上转换荧光光谱以及能量密度的对数和强度的对数的关系图

c  Yb³⁺和Tm³⁺共掺NaBiF₄上转换纳米颗粒的上转换荧光光谱以及能量密度的对数和强度的对数的关系图

【小结】

作者第一次报道了室温下快速合成Yb³⁺和Ln³⁺共掺NaBiF₄上转换纳米颗粒的六方相的方法。这种方法能提高效率，并且不利用非稀土金属铋能降低成本，这表明它的大规模合成很有潜力，发展前景巨大。这项成果鼓舞着作者开发新的合成方法和上转换纳米颗粒。

文献链接：Ultrafast Synthesis of Novel Hexagonal Phase NaBiF₄ Upconversion Nanoparticles at Room Temperature（Adv.Mater.，2017，10.1002/adma.201700505）

【通讯作者简介】

张洪杰：无机化学家。中国科学院长春应用化学研究所研究员。1953年9月22日出生于吉林省榆树市，籍贯吉林长春。1978年毕业于北京大学化学系，1985年在中国科学院长春应用化学研究所获硕士学位，1993年在法国波尔多第一大学获博士学位。长期从事稀土材料的基础与应用研究。发展了快速溶胶-凝胶制备新方法，解决了稀土杂化发光材料稳定性差的难题， 获得了一系列性能优异的稀土杂化发光材料；系统研究了稀土离子发射强度、能量传递与环境温度之间的关系，解决了稀土发光材料温敏涂层全表面精确测量和快速获得模型表面热流分布的关键科学问题和技术，制备出一系列超高声速飞行器风洞测温的稀土发光材料；探索了稀土离子对交流LED发光的影响机制，从源头上解决了交流LED频闪的难题；获得了交流LED稀土荧光粉和器件制备的专利技术，实现了从基础研究到产业化应用;系统地研究了稀土镁合金相结构和相图与性能的关系，发明了下沉阴极电解法，制备了系列稀土镁中间合金；突破了大尺寸无缝挤压新工艺，满足了国家的重大需求。曾获国家自然科学奖二等奖。

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