近日，合肥工業大學科研人員首次制備出由上轉換熒光納米顆粒與合金半導體組成的蛋黃-蛋殼結構復合材料，在近紅外光下可激活產生高活性氧物質，在腫瘤治療與有機染料廢水治理領域具有廣闊應用前景。相關成果日前發表于《應用催化B：環境》雜志。

超氧自由基、單線態氧和羥基自由基等活性氧類物質可損傷細胞內DNA、溶酶體、線粒體等，從而殺死細胞。而近紅外光可避免人體中的水分和血紅蛋白對其吸收，更好地穿透人體組織到達深部腫瘤組織，且相比于可見光和紫外光對人體正常細胞和組織的傷害更小。因此，近紅外光下激活產生高活性氧物質的催化納米材料體系是目前納米醫學與環境化學等領域的研究熱點之一。

研究表明，合金的II-VI族復合半導體具有較好的光穩定性以及光活性。然而，由于上轉換熒光納米顆粒粒子與II-VI族半導體的晶格失配度非常高，化學制備上轉換納米粒子與II-VI族半導體組成的核殼結構復合材料一直是材料領域的難點。

圖1. UCNPs@ZnxCd1-xS納米結構的合成過程與結構表征

針對這一難題，研究人員成功地研發了一種簡單的模板輔助水熱法，首次制備出上轉換熒光納米顆粒與合金半導體組成的蛋黃-蛋殼結構復合材料（如圖1所示）。對其蛋黃-蛋殼納米結構形成的生長機理研究表明，該結構具有較高的熒光能量轉移效率以及高活性氧生成能力。同時，這一新型材料的納米結構具有非常好的生物相容性，并能夠將水中的有機物污染物降解為二氧化碳和水分子，可廣泛用于生物醫學、環境化學與能源領域。

圖2. UCNPs@CuS納米結構的合成過程與結構表征

據介紹，該課題組目前已經成功地制備了上轉換熒光納米顆粒與硫化銅組成的蛋黃-蛋殼結構復合材料（如圖2），具有優越的光熱效應性能，可應用于腫瘤細胞的多模態治療。

圖3. UCNPs/TiO2/CdS納米結構的合成過程與結構表征

此前，該課題組利用靜電紡絲技術，將上轉換熒光納米顆粒與半導體共紡，大規模制備上轉換熒光納米顆粒與半導體復合納米纖維。同時通過改變纖維中半導體材料的種類和含量來調節復合材料的光譜響應范圍，通過改變上轉換熒光納米顆粒的含量 來改善材料的近紅外光吸收和轉換性能，改善復合物的光催化活性，制備出了一系列復合納米纖維。研究成果發表在《催化化學》《可持續發展化學》等國際著名期刊上。該項研究工作得到了國家自然科學基金等項目的資助，研究成果已申請發明專利6項。