一种ZnO团簇溶液的制备方法

摘要

本发明公开了一种ZnO团簇溶液的制备方法，包括在高压反应釜内加入非极性溶剂、可溶性锌盐、醇胺以及可选的掺杂元素，混合均匀；升温至100～180℃恒温反应3～24h，冷却，静置分层后分液得到ZnO团簇溶液。本发明方法所制备得到的ZnO团簇溶液，其中的ZnO团簇小于2nm，分布均匀，具有优异的光学性质，如宽波长响应单、多光子吸收特性，产生从紫外到橙光宽波段的荧光，可望用于分子、离子、细胞、病毒或细菌的检测与识别，还可作为荧光标记物尤其是细胞成像方面或可能成为靶向药物载体用于筛选药物、发现药物靶点以及在线活体观测药物起效和作用机制，另外可作为激光非线性光学材料，可用于超低限甚至单分子检测环境中有毒有害的离子、分子。

权利要求

1.一种ZnO团簇溶液的制备方法，包括如下步骤：

1)在高压反应釜加入非极性溶剂，可溶性锌盐、醇胺以及可选的掺杂元素，混合均匀；

2)升温至100～180℃恒温反应3～24h，冷却，静置分层后分液得到下层ZnO团簇溶液；

其中，非极性溶剂选自C5～12的烷烃或单环烷烃、苯、甲苯、二甲苯、三甲苯、四甲苯；掺杂元素选自二价或三价金属盐或其氧化物。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：可溶性锌盐与醇胺的摩尔比为1：（1.5～3）。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：可溶性锌盐选自C1～3羧酸锌、氯化锌、硝酸锌、硫酸锌。

4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：醇胺选自三乙醇胺、二乙醇胺、单乙醇胺。

说明书

一种ZnO团簇溶液的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种纳米材料的制备方法，特别涉及一种ZnO团簇溶液的制备方法。

背景技术

[0002] “团簇”是指以3个或3个以上原子直接键合构成的多面体或笼为核心，连接外围原子或基团而形成的结构单元，其物理和化学性质随所含的原子数目而变化，呈现量子尺寸效应。在团簇特殊的空间尺度范围(几埃至二十埃)内，团簇的许多性质既不同于单个的原子或分子，又不同于液体或普通纳米粒子，甚至是量子点，而且也不能从单体和体相材料的性质作内插或外延得到。

[0003] ZnO是一种多功能性的新型无机材料，具有良好的光电特性，在室温下，ZnO的禁带宽度为3.37eV，较大的激子结合能：高达60meV。它易于与多种半导体材料实现集成化，是一种广泛应用的光电材料。

[0004] ZnO团簇（ZnO cluster）尺寸小，约1nm跨度，近100%的原子为表面原子，比表面积达极限值，其表面电子结构和晶体结构发生了显著变化，产生了宏观物体乃至普通纳米粒子所不具有的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观隧道效应。其中ZnO团簇的量子尺寸效应，引起了其能隙的增大，相对于ZnO量子点(ZnO QD)，ZnO团簇的光谱发生了进一步蓝移，其光谱与构成团簇的原子数与结构稳定性有关。这与直径2－10nm的ZnO量子点相仿，随量子点粒径尺寸的变大而发生吸收/荧光谱红移现象，带隙或能隙变小。由于ZnO团簇特有光电特性，是其它量子点材料或10nm以上ZnO纳米材料和普通ZnO薄膜材料所不具备的。由于其明显的量子尺寸效应，在蓝紫光器件和电子器件上展示出诱人的应用前景，如可能替代量子点激光器，单电子隧穿器件和量子点逻辑器件。并且由于其具有很好的生物相容性与渗透性，荧光光谱受溶剂、pH值、温度等环境因素的影响较小，它可以经受反复多次激发而不易发生光漂白，所以将是最有前途的荧光标记物，尤其在细胞显像方面。通过观察ZnO团簇标记的分子与其靶向分子相互作用及其在活细胞内的运动轨迹，可能为信号传递的分子机制提供线索，为阐明细胞生长发育的调控及癌变规律提供直观依据。

[0005] 迄今，与ZnO QD不同，关于ZnO团簇制备的报道很少，近5年有不少文献报道关于ZnO团簇的理论研究，还未有比较好的方法制备出能长时间稳定存在的ZnO团簇溶液。毫无疑问，稳定的ZnO团簇溶液对其后续应用具有重要意义。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于提供一种ZnO团簇溶液的制备方法。

[0007] 本发明所采取的技术方案是：

[0008] 一种ZnO团簇溶液的制备方法，包括如下步骤：

[0009] 1)在高压反应釜内加入非极性溶剂，在非极性溶剂加入可溶性锌盐、醇胺以及可选的掺杂元素，混合均匀；

[0010] 2)升温至100～180℃恒温反应3～24h，冷却，静置分层后分液得到下层ZnO团簇溶液。

[0011] 优选的，可溶性锌盐与醇胺的摩尔比为1：（1.5～3）。

[0012] 优选的，可溶性锌盐选自C1～3羧酸锌盐、氯化锌、硝酸锌、硫酸锌。

[0013] 优选的，醇胺选自三乙醇胺、二乙醇胺、单乙醇胺。

[0014] 优选的，非极性溶剂为烃类溶剂，特别的，烃类溶剂为C5～12的烷烃或单环烷烃、苯、甲苯、二甲苯、三甲苯、四甲苯、环己烷。

[0015] 优选的，掺杂元素选自二价或三价金属盐或其氧化物。

[0016] 本发明的有益效果是：

[0017] 本发明方法所制备得到的ZnO团簇溶液，其中的ZnO团簇小于2nm，分布均匀，具有优异的光学性质，如宽波长响应的单、多光子吸收特性，产生从紫外到橙光宽波段的荧光，可望用于分子、离子、细胞、病毒或细菌的检测与识别，还可作为荧光标记物，尤其是细胞成像方面或可能成为靶向药物载体用于筛选药物、发现药物靶点以及在线观测药物起效和作用机制，另外可作为激光非线性光学材料，可用于超低限甚至单分子检测环境中有毒有害的离子、分子。

[0018] 本发明的ZnO团簇溶液性质稳定，能长期保存，实验数据表明该ZnO团簇溶液在室温下可稳定保存半年以上，稀释后置于室温或者5℃冷藏箱也可稳定保存1～3个月。

[0019] 本发明方法所使用的原料来源广泛，制备方法简单，易于低成本、规模化生产，具有很好的成本优势。

附图说明

[0020] 图1是实施例1～4所制备的ZnO团簇的紫外可见吸收光谱叠图（a～d）；

[0021] 图2是实施例1～4所制备的ZnO团簇在波长为266nm的光激发下的荧光光谱图（a～d）；

[0022] 图3是实施例2～4所制备的ZnO团簇在波长为296nm的光激发下的荧光光谱图（a～c）；

[0023] 图4实施例3所制备的ZnO团簇的质谱图；

[0024] 图5实施例3所制备的ZnO团簇的红外光谱图；

[0025] 图6 实施例5所制备的ZnO团簇在波长分别为266nm、296nm、335nm、350nm、370nm的光激发下的荧光光谱图(a～e)，ZnO团簇液日光下透明呈浅棕色（插图F），254nm紫外灯下呈蓝绿色（插图G）；

[0026] 图7实施例5所制备的ZnO团簇在波长为757nm、不同功率飞秒激光激发时双光子荧光图；

[0027] 图8实施例6～11所制备的ZnO团簇在波长为266nm的光激发下的荧光光谱图（a～f）；

[0028] 图9实施例6～11所制备的ZnO团簇在波长为296nm的光激发下的荧光光谱图(a～f) ；

[0029] 图10实施例9所制备的ZnO团簇（12h）在波长分别为266nm、296nm、335nm、350nm、365nm的光激发下的荧光光谱图(a～e)，ZnO团簇液在20W365nm紫外灯下呈强蓝绿光（插图f）；

[0030] 图11实施例12所制备的ZnO团簇在波长分别为266nm、296nm、330nm、350nm、370nm、400nm、430nm、460nm的光激发下的荧光光谱图（A）与对应归一化图(B)；

[0031] 图12实施例13所制备的ZnO团簇水溶液染色洋葱切片，10min后用800nm、5mw飞秒激光读出的525nm双光子荧光图像；

[0032] 图13 未加入（a～c）和加入（d～f）实施例14制备的ZnO团簇在日光、蓝光、绿光辐照下荧光显微镜观测图像；

[0033] 图14 给出了实施例15制备的ZnO团簇可用于检测溶液中的痕量Cu2+。Cu2+浓度：－3 －8
10 mol/L～10 mol/L；

[0034] 图15是不同量Mg掺杂ZnO团簇稀释液用330nm紫外光激发时的荧光光谱图；

[0035] 图16是不同量Al掺杂ZnO团簇稀释液用330nm紫外光激发时的荧光光谱图；

[0036] 图17是不同量Er掺杂ZnO团簇稀释液用330nm紫外光激发时的荧光光谱图；

[0037] 图18是2.5%摩尔Er掺杂ZnO团簇稀释液在不同功率波长为800nm飞秒激光激发时双光子荧光谱；

[0038] 图19是不同量Er-Yb掺杂ZnO团簇稀释液用330nm紫外光激发时的荧光光谱图。

具体实施方式

[0039] 一种ZnO团簇溶液的制备方法，包括如下步骤：

[0040] 1)在高压反应釜加入非极性溶剂，可溶性锌盐、醇胺以及可选的掺杂元素，混合均匀；

[0041] 2)升温至100～180℃恒温反应3～24h，冷却，静置分层后分液得到下层ZnO团簇溶液。

[0042] 优选的，可溶性锌盐与醇胺的摩尔比为1：（1.5～3）。

[0043] 优选的，可溶性锌盐选自C1～3羧酸锌盐、氯化锌、硝酸锌、硫酸锌。

[0044] 优选的，醇胺选自三乙醇胺、二乙醇胺、单乙醇胺。

[0045] 非极性溶剂的用途在于创造一种乏水反应氛围，减少副反应的发生。可以选用各种常见的非极性溶剂，如烃类或其卤代衍生物溶剂。从环保和安全考虑，非极性溶剂优选为烃类溶剂，特别的，烃类溶剂为C5～12的烷烃或单环烷烃、苯、甲苯、二甲苯、三甲苯、四甲苯和环己烷中的一种或多种。卤代烃因为毒性较大，虽然可以作用反应溶剂使用，但并非优选方案。

[0046] 为了改善ZnO团簇液的性能，可以根据需要在其中掺杂其他金属元素，如K、Na、Ag、Mg、Al、Cu、Er、Yb等。

[0047] 在溶剂热条件下，可溶性锌盐在醇胺（通常二者内含游离或化合态水）弱碱性条件下发生包括水解等在内的系列反应，最后获得氧化锌团簇(ZnO)n。以醋酸锌ZnAc2（通常有二结晶水）为例，反应原理为：

[0048] 4Zn(Ac)2•2H2O Zn4O(Ac)6 + 7H2O + 2HAc (1)

[0049] ZnO4(Ac)6 + 3H2O4ZnO + 6HAc (2)[0050] Zn(Ac)2•2H2O Zn2+ + 2CH3COO- + 2H2O (3)[0051] (HOCH2CH2)3N + H2O (HOCH2CH2)3NH+ + OH- (4)

[0052] (HOC2H4)3N+nCH3COO- (HOC2H4)3-nN(C2H4OOCCH3)n+nOH- (5)[0053] Zn2+ + 4OH- Zn(OH)42- (6)

[0054] Zn(OH)42- ZnO + 2H2O + 2OH- (7)

[0055] 这里，醇胺既提供弱碱性，又因螯合Zn2+起减缓生成ZnO速率与保护分散生成的ZnO等作用。此外，醇胺中醇羟基的还原性导致部分锌原子形成，以间隙锌进入ZnO团簇中，导致特定光激发条件产生蓝光发射。微量水源于溶剂与前驱物，足以保证反应（1）～（7）完成，额外加入即使少量水也会导致大量ZnO沉淀生成，而得不到ZnO团簇。溶剂的作用包括稀释少量水、隔离反应体系中各物质等。

[0056] 下面结合实施例及实验结果，进一步说明本发明。

[0057] 以下实施例中所使用的反应釜，均具有聚四氟乙烯内衬。

[0058] 实施例1

[0059] 将0.2192g Zn(CH3COO)2（乙酸锌）、340μL TEA（Triethylolamine，三乙醇胺）（摩尔比，Zn：TEA=1:2）加入到反应釜中，再加入10mL四甲苯，在180℃下恒温反应3h。取出反应釜，冷却后静置，分层后分液得下层ZnO团簇母液。

[0060] 实施例2-4

[0061] 主要步骤与实施例1基本相同，不同之处分别是实施例2、3、4在180℃下恒温反应时间分别为6h、12h、24h。

[0062] 。

[0063] 分别在实施例1～4制备得到ZnO团簇母液中加入5mL无水乙醇，搅拌均匀，再超声10min，置于室温下保存。分别取ZnO团簇稀释液进行性能测试。

[0064] 图1是实施例1～4所制备的ZnO团簇的紫外可见吸收光谱叠图，图中的a～d分别代表实施例1～4；

[0065] 图2是实施例1～4所制备的ZnO团簇在波长为266nm的光激发下的荧光光谱图，图中的a～d分别代表实施例1～4；

[0066] 图3是实施例2～4所制备的ZnO团簇在波长为296nm的光激发下的荧光光谱图，图中的a～c分别代表实施例2～4；

[0067] 图4实施例3所制备的ZnO团簇的质谱图（负极区）；

[0068] 图5实施例3所制备的ZnO团簇的红外光谱图。

[0069] 图1表明，制备所得的ZnO团簇在紫外可见范围内观察到两个吸收峰，分别在266nm和296nm左右。随着反应时间的延长，吸收峰的强度逐渐变大。266nm左右的吸收峰在反应时间为12h时达到最大，继续延长反应时间峰值不再变强；296nm左右的发射光谱随反应时间增大，强度继续增大。

[0070] 图2表明，当激发波长为266nm时，所有样品出现三个发射峰，分别位于312nm、405nm和616nm处。其中312nm处的紫外激子发光峰最强，405nm和616nm的吸收峰峰型相似，但强度较弱。并且，312nm处发射光谱在反应12h下就已达到最强，继续延长反应时间发射光谱强度反而降低。405nm处发射光谱的强度是随着反应时间的延长而增强。

[0071] 图3表明，当激发波长为296nm时，所有样品出现两个发射峰，分别位于350nm和408nm左右。两处发射峰都随着反应时间的延长强度增大，350nm处发射峰在反应时间12h时达到光谱最强；408nm处发射峰在反应时间6h光谱最弱，24h是光谱最强。这说明反应时间对其发光性能有很大影响。

[0072] 图4表明，反应12h制备所得的ZnO团簇成分并不唯一，有多种结构存在。其中丰度最大的为(ZnO)12，其余依次为(ZnO)10、(ZnO)13和(ZnO)8，主要以(ZnO)12的形式存在。(ZnO)12团簇的最稳定结构为Th对称的笼状，由六个(ZnO)2和八个(ZnO)3的环结构组成；而(ZnO)15团簇的最稳定结构是由六个(ZnO)2和九个(ZnO)3的环结构组成的C1对称的笼状结构（Baolin Wang, Shigeru Nagase, Jijun Zhao, Guanghou Wang, Structural Growth Sequences and Electronic Properties of Zinc Oxide Clusters (ZnO)n(n=2-18) , J. Phys. Chem. C 2007, 111, 4956-4963），也可认为是在(ZnO)12的表面覆盖了一个ZnO分子。对于(ZnO)n团簇来说，在n=2-7时，其最稳定结构Zn和O原子间隔的排列组成平面环状结构，当n=8-12时ZnO团簇结构变为复杂的3D结构 [ Lei Li,a Zuowan Zhou, Xin Wang, Wen Huang, Yang Heand Mingli Yang, First-principles study of static polarizability, first and second hyperpolarizabilities of small-sized ZnO clusters, Phys. Chem. Chem. Phys, 2008, 10, 6829–6835.]。在我们的实验中，丰度较大的几种ZnO团簇的结合数都比较小，相应的颗粒尺寸也就较小。这可能也是它能发出较高能量荧光的一个原因。另外，(ZnO)12可与DNA碱基中氮以共价键合弱范德华力形式结合，因此制备所得ZnO团簇也可作为哺乳动物细胞转染的载体。[Vasundhara Shewale, Prachi Joshi, Saikat Mukhopadhyay, Mrinalini Deshpande, Ravindra Pandey,Saber Hussain,and Shashi P. Karna,“First-Principles Study of Nanoparticle_Biomolecular Interactions: Anchoring of a (ZnO)12 Cluster on Nucleobases”，J. Phys. Chem. C 2011, 115, 10426–10430]。

[0073] 图5表明，12h制备所得样品有振动峰位于480cm-1归因于氧化锌的本征晶格吸-1 - -1收（特征吸收峰）, 1426cm 为羧酸根（COO）的对称伸缩振动峰，另外还有位于3361cm 和-1 -
1583cm 的峰，它们分别对应于-OH的不对称伸缩振动峰以及羧酸根（COO）的不对称伸缩振动峰。这表明样品ZnO团簇表面具有大量羟基，同时表面还存在一些游离的羧酸根离子。

[0074] 团簇溶液对肝癌细胞HepG2生长的影响：

[0075] 方法：取10µl的10mM ZnO团簇母液（实施例3）加90µl的DMEM培养基制成1mM ZnO，然后取80µl 1mM的ZnO加720µl DMEM制成100µM的ZnO，溶媒含量1%，依次用DMEM稀3
释10倍、100倍得到10µM、1µMZnO溶液。溶媒对照的配法相同。HepG2细胞按7×10 个细胞/孔浓度铺入96孔板中，0.1mL/孔。待细胞贴壁后加入不同浓度的ZnO溶液, 同时设溶媒对照组、 空白对照，紫杉醇阳性对照组（0.01、0.04、0.16µmol/L），每组均设4个复孔，作用24 h、72h后,MTT法检测细胞生长抑制率。试验结果如表2所示。

[0076] 表2结果表明，实施例3所制备的ZnO团簇高浓度时作用于肝癌细胞HepG2效果好(MTT法，为便于比较，同时试验对比高效抑癌物质紫杉醇)。1%以内溶媒对细胞生长影响不大，说明生物毒性弱,继续作用24h,100µmol/L组有轻微杀伤作用，作用72h，杀伤明显，推算72h的IC50约为95µmol/L。该结果显著优于最近文献报道（Yinzhu Zhang, Huangping Wang, Hui Jiang and Xuemei Wang,Water induced protonation of amine-terminated micelles for direct syntheses of ZnO quantum dots and their cytotoxicity towards cancer, Nanoscale, 2012，DOI: 10.1039/c2nr30127j）的ZnO量子点（尺寸约3nm），其作用浓度约为250µM、IC50浓度约为600µM。因此，ZnO团簇可能成为低毒抑癌剂或抗癌药物载体。

[0077]

[0078] cP＜0.05, dP＜0.01 vs对照组。

[0079] 结论： ZnO团簇对人肝癌HepG2细胞有一定杀伤作用，但与紫杉醇比较，杀伤作用较弱，起效浓度和半数致死浓度（IC50）均比紫杉醇高。

[0080] 实施例5

[0081] 将0.1436gZn(OOCH)(甲酸锌)、375μL DEA（Diethylolamine，二乙醇胺）（摩尔比，Zn：DEA= 1:3）加入到反应釜，再加入10mL甲苯，在120℃下恒温反应12h；取出反应釜，室温放置1h，分液得到ZnO团簇母液。

[0082] 在ZnO团簇母液中加入20%三乙醇胺－醋酸（摩尔比TEA：HAc＝1：1）的水溶液，搅拌均匀，在超声波中震荡10min，得到ZnO团簇稀释液，置于5℃温度下保存，取ZnO团簇稀释液进行性能测试。

[0083] 图6 实施例5所制备的ZnO团簇在波长分别为266nm、296nm、335nm、350nm、370nm的光激发下的荧光光谱图(a～e) ，ZnO团簇液日光下透明呈浅棕色（插图F），254nm紫外灯下呈蓝绿色（插图G）；

[0084] 图7实施例5所制备的ZnO团簇在波长为757nm、不同功率飞秒激光激发时双光子荧光图。

[0085] 图6 a～e表明，样品在波长分别为266nm、296nm、335nm、350nm、370nm的光激发下，均能得到较强的发射光谱。其中266nm的光激发所得到的发射峰与实例3所制备得到的样品虽然峰型相似，但是所得到的峰位置有所变化，由实例5所得的样品主要发射峰位于298nm、420nm和575nm处。并且在296nm的光激发下只产生一个发射峰，位于405nm左右。
在335nm、350nm和370nm的光激发下，亦能得到较强的发射峰，但随着激发波长的红移，其发射光谱的强度有所减弱。图6插图则给出所得ZnO团簇溶液在日光下透明呈浅棕色、20w
254nm紫外灯照射下发出较强蓝绿光。

[0086] 从图7可以更加清楚直观地观察到样品在波长分别为266nm、296nm、335nm、350nm、370nm的光激发下都有发射光谱出现，并且从紫外光区域到蓝绿光区域，说明该样品是宽波段（从紫外到可见光范围）响应的。

[0087] 实施例6

[0088] 将0.3731g ZnSO4﹒7H2O、117μL EA（Ethylolamine，单乙醇胺）（按摩尔比1:1.5）加入到反应釜，再加入10mL二甲苯，在160℃下恒温反应3h。取出反应釜，室温放置1h，分液得到ZnO团簇母液。

[0089] 实施例7—11

[0090] 主要步骤与实施例6基本相同，不同之处分别是用溶剂用石油醚替代二甲苯，实施例7、8、9、10、11在160℃下恒温反应时间分别为6h、9h、12h、18h、24h。

[0091] 。

[0092] 分别在实施例6～11的ZnO团簇母液加入7.8mL单乙醇胺的丙三醇溶液（2.8mL单乙醇胺加5mL丙三醇），搅拌均匀，在超声波中震荡10min，得到ZnO团簇稀释液，置于5℃温度下保存。分别取制得的ZnO团簇稀释液进行性能测试。

[0093] 图8实施例6～11所制备的ZnO团簇在波长为266nm的光激发下的荧光光谱图（a～f），图中的a～f分别代表实施例6～11；

[0094] 图9实施例6～11所制备的ZnO团簇在波长为296nm的光激发下的荧光光谱图(a～f) ，图中的a～f分别代表实施例6～11；

[0095] 图10实施例9所制备的ZnO团簇（12h）在波长分别为266nm、296nm、335nm、350nm、365nm的光激发下的荧光光谱图(a～e)。

[0096] 图8表明，当激发波长为266nm时，所有样品出现多个发射峰。其中297nm和420nm处的发射峰在不同反应时间的样品里都会出现；3h反应所得样品在350nm处有一小峰，但是在反应时间达到6h时，该峰即消失了；6h反应所得样品在580nm处出现一较弱的发射峰，但其他反应时间所得样品未出现。580nm左右的发射峰消失也与实施例1-4所得样品有所不同。

[0097] 图9表明，当激发波长为296nm时，所有样品出现一个发射峰，位410nm左右处。其峰值强度未有很大的变化，但仍能看出反应时间在9h和12h时，强度达到最大。

[0098] 图10表明，样品在波长分别为266nm、296nm、335nm、350nm、365nm的光激发下，均有较强的发射光谱。

[0099] 实施例12

[0100] 将0.1772g ZnCl2、340μL TEA（三乙醇胺）（按摩尔比1:2）加入到反应釜，再加入10mL苯和石油醚混合物（体积比1：1），在100℃下恒温反应12h。取出反应釜，室温放置1h，分液得到ZnO团簇母液。

[0101] 在ZnO团簇母液中加入7.8mL10%（体积百分数）单乙醇胺－醋酸（摩尔比单乙醇胺：醋酸＝1：1）水溶液，搅拌均匀，在超声波中震荡10min，得到ZnO团簇稀释液，置于5℃温度下保存。取该ZnO团簇稀释液进行性能测试。

[0102] 图11实施例12所制备的ZnO团簇在波长分别为266nm、296nm、330nm、350nm、370nm、400nm、430nm、460nm的光激发下的荧光光谱图（A）与对应归一化图(B)；

[0103] 图11(A)表明，样品在波长分别为266nm、296nm、330nm、350nm、370nm、400nm、430nm和460nm的光激发下，均有较强的发射峰。随着激发波长的红移，发射峰的峰值也随之红移。与其他分散液所得到的样品相比，丙三醇分散的样品发射光谱强度更强，荧光响应范围更广。图11(B)表明，所制备的ZnO团簇具有宽波段荧光响应的特征，从紫外光区域到蓝光区域都有较好的响应。

[0104] 实施例13

[0105] 将0.3867g Zn(NO3)2﹒6H2O、340μL TEA（三乙醇胺）（按摩尔比1:2）加入到反应釜，再加入10mL环己烷，在180℃下恒温反应24h。取出反应釜，室温放置1h，分液得到ZnO团簇母液。

[0106] 在ZnO团簇母液中加入7.8mL10%（体积百分数）单乙醇胺－醋酸（摩尔比单乙醇胺：醋酸＝1：1）水溶液，搅拌均匀，在超声波中震荡10min，得到ZnO团簇稀释液，置于5℃温度下保存。

[0107] 使用该ZnO团簇稀释液对洋葱切片进行染色，10min后用800nm、5mw飞秒激光读出的525nm双光子荧光图像，实验结果如图12所示。图像中核、壁、组织层次分明，说明该ZnO团簇在荧光成像的同时，还有良好选择性。

[0108] 实施例14

[0109] 将0.3867g Zn(NO3)2﹒6H2O、255μL TEA（三乙醇胺）（按摩尔比1:1.5）加入到反应釜，再加入5mL三甲苯和5mL甲苯，在140℃下恒温反应24h。取出反应釜，室温放置1h，分液得到ZnO团簇母液。

[0110] 在ZnO团簇母液中加入7.8mL10%（体积百分数）单乙醇胺－醋酸（摩尔比单乙醇胺：醋酸＝1：1）水溶液，搅拌均匀，在超声波中震荡10min。置于5℃温度下保存。

[0111] 图13 给出了未加入（a～c）和加入（d～f）实施例14制备的ZnO团簇在日光、蓝光、绿光辐照下荧光显微镜观测图像。可以看出，普通荧光显微镜下，使用ZnO团簇染色的洋葱切片，核、壁、组织更加清晰。

[0112] 实施例15

[0113] 将0.3867g Zn(NO3)2﹒6H2O、156μL EA（Ethylolamine，单乙醇胺）加入到反应釜，再加入10mL庚烷，在120℃下恒温反应24h。取出反应釜，室温放置1h。

[0114] 取出反应釜中，分液，加入7.8mL10%（体积百分数）二乙醇胺－醋酸（摩尔比单乙醇胺：醋酸＝1：1）水溶液，搅拌均匀，在超声波中震荡10min，得到ZnO团簇稀释液，置于5℃温度下保存。

[0115] 由于不同浓度的Cu2+会与ZnO团簇或其周围修饰物发生近、远距离作用，导致ZnO2+
团簇荧光受到影响，利用荧光光谱仪检测荧光变化确定工作曲线，即可达到测试微量Cu
2+
的目的。图14 给出了实施例15制备的ZnO团簇稀释液用于检测溶液中的痕量Cu 的实
2+ －3 －5
验结果。结果表明，随Cu 浓度从10 mol/L减少到10 mol/L，290nm紫外光激发时ZnO－6 －7
团簇的荧光显著增强，而由10 mol/L减少到浓度小于10 mol/L，其荧光呈线型稍有降
2
低。荧光强度（y）与铜离子浓度负对数（－LogC＝x）接近多项式关系式：y＝－20.05x + 233x +510.26。

[0116] 实施例16～20 掺杂ZnO团簇溶液的制备

[0117] 将总摩尔量0.001的锌与金属M的前驱物（锌为乙酸锌、掺杂元素M（M=Mg、Al、Er、Er-Yb）为相应氧化物或可溶盐）以及340μL TEA（Triethylolamine，三乙醇胺）加入到反应釜中，再加入10mL四甲苯与环己烷（四甲苯与环己烷体积比1：1），在180℃下恒温反应12h。取出反应釜，冷却后分液得到掺杂M的ZnO团簇母液。

[0118] 在ZnO团簇母液中加入10%的TEA与醋酸（摩尔比TEA：醋酸=1：1）的无水乙醇溶液50mL，搅拌均匀，在超声10min，得到掺杂M的ZnO团簇稀释液，置于冷藏冰箱保存。取制得的掺杂M的ZnO团簇稀释液进行性能测试。

[0119] 图15给出了实施例16不同摩尔量Mg掺杂（Mg前驱物为MgCl2）的ZnO团簇Zn1-xO:Mgx（图15中，a～g分别对应x=0，0.10，0.15，0.20，0.30，0.40，0.50）用330nm紫外光激发时的荧光光谱；

[0120] 图16给出了实施例17不同摩尔量Al掺杂（Al前驱物为Al2O3）的ZnO团簇Zn1-xO: Alx（图16中，a～f分别对应x=0，0.005，0.010，0.015，0.020，0.025）用330nm紫外光激发时的荧光光谱；

[0121] 图17、图18分别给出了实施例18不同摩尔量Er掺杂（Er前驱物为Er2O3）的ZnO团簇Zn1-xO:Erx（图17中，a～g分别对应x=0，0.005，0.010，0.015，0.020，0.025，0.030）用330nm紫外光激发的荧光光谱、Zn0.975O：Er0。025在不同功率波长为800nm飞秒激光激发时3+
双光子荧光谱。图18说明掺Er摩尔量达2.5%时双光子荧光较强且以Er 绿光发射为主，
3+
ZnO本征双光子荧光显著减弱，显示有能量从ZnO团簇向Er 转移，这一性质可望用在激光生物成像或激光跟踪药物释放与治疗当中。

[0122] 图19给出了实施例19不同摩尔量Er-Yb共掺杂（（Er、Yb前驱物分别为Er2O3、Yb2O3，摩尔比Er：Yb= 0.01：x，x=0，0.02，0.04，0.06，0.08，0.10）的ZnO团簇330nm激发时的荧光光谱，图中的百分量为掺杂元素的摩尔百分量。