冰晶石结构上转换纳米晶的可控制备与发光机理研究

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基本信息

  • 批准号：
    41672044
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    70.0万
  • 负责人：
    廖立兵
  • 依托单位：
    中国地质大学（北京）
  • 学科分类：
    D0203.矿物学(含矿物物理学)
  • 结题年份：
    2020
  • 批准年份：
    2016
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Lanthanide-doped upconverting nanocrystals (UCNCs) have been developed as a new class of luminescent optical labels that have become promising and advantageous alternative to conventional fluorescent labels used in short-wavelength lasers, solar battery and many biomedical applications, etc. Despite many favorable physico-chemical properties, there are number of serious synthesis and spectrocscopic problems to be solved, such as the controlled growth and organization of UCNCs, optimization of composition and structure, upconversion enhancement to make these NCs more sensitive than they currently are, as well as explorations of novel upconversion hosts.This project aims to study the controllable preparation and the composition-structure-upconversion luminescent property relation of cryolite structure upconverting nano crystals and their core-shell structure particles. We develope methods to prepare the rare-earth ions doped cryolite structure nanocrystals and their core-shell particles and to control their crystal form, morphology and particle size, then characterize their composition,structure, excitation and emission spectra etc. systematically to reveal the influence of crystal form, core-shell structure and rare-earth ion concentration on the upconversion efficiency and concentration quenching range. We use first-principles calculation and structure refinement methods to study the upconversion mechanism of rare-earth ions doped nanocrystals with cryolite structure and the upconversion enhancement mechanism of their core-shell particles. This study can provide theoretical and experimental gaidance to the development of new upconversion luminescent systems.
稀土掺杂的上转换纳米晶在短波长激光器、太阳能电池以及高对比度光学成像和光动力治疗等领域具有巨大的应用潜力和优势，但上转换纳米晶的控制生长、自组装和上转换荧光增强机制亟待深入研究，新型上转换发光基质有待开拓。本项目以稀土掺杂冰晶石结构上转换发光材料为研究对象，通过制备方法和工艺探索，实现不同晶型、不同形貌、不同粒径冰晶石结构纳米晶及其核壳结构纳米粒子的控制生长；采用多种先进测试技术，对双稀土离子掺杂冰晶石结构化合物的成分、结构、上转换发光性能等进行测试表征，研究稀土离子间的能量传递机制、浓度猝灭机理以及核壳结构纳米粒子的荧光增强机制，结合结构精修和第一性原理计算，研究冰晶石结构化合物上转换发光材料的成分、结构与上转换发光性能间关系，为研发新型上转换发光材料提供理论和实验指导。

结项摘要

基于天然矿物成分、结构与性能关系研究，指导研发新型发光材料具有重要意义。稀土掺杂的上转换纳米晶在短波长激光器、太阳能电池以及高对比度光学成像和光动力治疗等领域具有巨大的应用潜力和优势，但上转换纳米晶的控制生长、自组装和上转换荧光增强机制亟待深入研究，新型上转换发光基质有待开拓。冰晶石矿物具有单斜和立方两种晶体结构和几种可取代的阳离子格位，同时还具有声子能量低、光学透明性好、性能稳定、利于稀土离子能量传递等优点，有望成为新的上转换发光材料基质。本项目在探索冰晶石结构化合物的合成和稀土离子掺杂方法基础上，成功制备了一系列新型冰晶石结构化合物基质及基于这些新基质的上转换、下转换发光材料，实现了对其中一些发光材料晶型、粒径、形貌的可控制备，研究了冰晶石结构发光材料成分、晶型、发光性能关系以及不同稀土离子对在新型冰晶石结构化合物基质中的能量传递机制，探索了核壳结构冰晶石型上转换发光材料的制备及性能优化方法。主要成果如下：.（1）用水热法合成了立方相(NH4)3AlF6、K3GaF6和单斜相Na3AlF6、Na3GaF6冰晶石结构纳米晶，研究了合成条件、原料配比对纳米晶粒径和形貌的影响，实现了对以上冰晶石结构纳米晶的可控制备。.（2）用固相法制备了冰晶石结构K3LuF6:Ce3+下转换发光材料、K3LuF6:Tb3+/Eu3+、K3YF6: Er3+/Yb3+、K3ScF6:Er3+,Yb3+和K3ScF6: Tm3+,Yb3+ 上转换发光材料，研究结果表明制备的冰晶石结构发光材料性能优良，具有广阔的应用前景。.（3）用高温固相法合成了K3ScF6（立方相）－K3LuF6（单斜相）固溶体系列冰晶石结构化合物，确定了该固溶体系列立方相－单斜相转变点的成分为K3Sc0.5Lu0.5F6，通过改变温度实现了K3Sc0.5Lu0.5F6晶型由单斜到立方的可控转变。对单斜和立方晶型K3Sc0.5Lu0.5F6进行了Er3+/Yb3+共掺杂，对比研究了不同晶型K3Sc0.5Lu0.5F6的上转换发光性能以及晶型对上转换发光性能的影响。.(4)用水热法合成了K3GaF6（立方）－Na3GaF6（单斜）固溶体系列冰晶石结构化合物，确定了该固溶体系列立方相－单斜相转变点的成分为Na2.5K0.5GaF6。通过改变温度实现了Na2.5K0.5GaF6晶型由单斜到立方的可控转变。对单斜和立方晶型Na

项目成果

期刊论文数量（16）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（1）
专利数量（2）
Comparison of organo-sepiolite modified by different surfactants and their rheological behavior in oil-based drilling fluids
不同表面活性剂改性有机海泡石及其在油基钻井液中的流变行为比较
  • DOI：
    10.1016/j.clay.2017.12.031
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    Applied Clay Science
  • 影响因子：
    5.6
  • 作者：
    Weng Jianle;Gong Zhijin;Liao Libing;Lv Guocheng;Tan Jianjie
  • 通讯作者：
    Tan Jianjie
Strategy for realizing ratiometric optical thermometry via efficient Tb3 -Mn2 energy transfer in novel apatite-type phosphor Ca9Tb(PO4)(5)(SiO4)F-2
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  • DOI：
    10.1016/j.jallcom.2018.08.167
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Journal of Alloys and Compounds
  • 影响因子：
    6.2
  • 作者：
    Liu Haikun;Mei Lefu;Liao Libing;Zhang Yuanyuan;Guo Qingfeng;Zhou Tianshuai;Wang Yongjie;Li Li
  • 通讯作者：
    Li Li
Synthesis and up -conversion luminescence properties of a novel K 3 ScF 6: Yb 3+, Tm 3+material with cryolite structure
新型冰晶石结构K 3 ScF 6 : Yb 3 , Tm 3 材料的合成及其上转换发光性能
  • DOI：
    10.1038/nprot.2018.017
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Journal of Luminescence
  • 影响因子：
    3.6
  • 作者：
    Yang Dan;Liao Libing;Zhang Yidi;Guo Qingfeng;Mei Lefu;Liu Haikun
  • 通讯作者：
    Liu Haikun
Excellent electrochemical properties of graphene-like carbon obtained from acid-treating natural black talc as Li-ion battery anode
酸处理天然黑滑石获得的类石墨烯碳作为锂离子电池负极的优异电化学性能
  • DOI：
    10.1016/j.electacta.2018.09.079
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    Electrochimica Acta
  • 影响因子：
    6.6
  • 作者：
    Fan Peng;Liu Hao;Liao Libing;Wang Zhen;Wu Yuanyuan;Zhang Ziwei;Hai Yun;Lv Guocheng;Mei Lefu
  • 通讯作者：
    Mei Lefu
Influence of Fe doping on the crystal structure, electronic structure and supercapacitance performance of birnessite [(Na, K)(x)(Mn4+, Mn3+)(2)O-4 center dot 1.5H(2)O] with high areal mass loading
Fe掺杂对高面积质量负载水钠锰矿[(Na, K)(x)(Mn4 , Mn3 )(2)O-4中心点1.5H(2)O]晶体结构、电子结构和超级电容性能的影响
  • DOI：
    10.1016/j.electacta.2018.08.145
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    Electrochimica Acta
  • 影响因子：
    6.6
  • 作者：
    Liu Hao;Gu Wenlong;Luo Bingcheng;Fan Peng;Liao Libing;Tian Enke;Niu Yaoqi;Fu Jinzhou;Wang Zhen;Wu Yuanyuan;Lv Guocheng;Mei Lefu
  • 通讯作者：
    Mei Lefu

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近紫外白光LED用荧光粉Sr8La2(PO4)6O2:Eu2+ 的合成、宽带吸收剂荧光性能研究
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  • 发表时间：
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  • 作者：
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  • 通讯作者：
    梅乐夫

其他文献

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AI项目解读示例

课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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