(修改稿)氧化铝纳米薄膜上荧光分子的发光特性研究

多孔纳米氧化铝薄膜上荧光分子的发光特性研究

程玉乔a, b,杨耀忠*, b,牛春荣b,陈兴国a,胡之德a

a兰州大学化学化工学院，兰州，730000，甘肃，中国

b胜利油田地质科学研究中心，东营市，257015，山东，中国

摘要：通过两步电化学阳极氧化技术制备了孔径为40nm的多孔纳米阳极氧化铝材料(AAO)，在AAO薄膜上分别填充了几种有机荧光分子使其形成高度有序的有机－无机复合体发光阵列，测定了此复合体的发射光谱。结果表明，AAO薄膜对有机分子具有较强的结合能力，其结合能力来源于物理和化学的协同作用。在AAO纳米薄膜上的有机荧光分子的最大发射波长均产生了明显的蓝移现象，初步探讨了此现象的机理。有机分子填充进入高度有序的AAO纳米孔阵列之中时，有机分子的聚集形式会发生改变并且也是高度有序的，同时由于极化作用使有机分子沿着纳米孔的轴向具有相对优势的分子取向，这就使得有机分子在AAO纳米薄膜上形成了接近单分子层的高度有序的排列方式，增强了发光效率。

关键词：多孔纳米阳极氧化铝；荧光分子；光谱特性

Photoluminescence Characteristics of Several Fluorescence Molecules on Nanometer Porous Alumina Film

CHEN Y u-Qiao a, b, Y ANG Y ao-Zhong*, b, NIU Chun-Rong b, CHEN Xing-GUO a, HU Zhi-De a (a College of Chemistry and Chemical Engineering, Lanzhou University, Lanzhou,

730000,Gansu Province, P.R.C.)

(b Geological Scientific Research Institute, Shengli Oilfield, Dongying City,

257015,Shandong Province, P.R.C)

Abstract：Nanoporous anodic aluminum oxide (AAO), which average size of nanoporous is 40nm, was obtained by two-step electrochemical anodization aluminum process. Highly ordered nanometer porous organic- inorganic composite was fabricated by filling in AAO film with fluorescence molecules. The results show that AAO membrane has strong combination ability with organic molecule. The combination ability comes from the cooperation of physical and

* Corresponding author, E-mail address: jgzzkcyq@, Fax: +86-931-8912582

chemical actions. The maximum peak positions of emission spectra of fluorescence molecules on AAO film have blue shift. Highly ordered nanometer porous array changed the formation of molecule aggregating and stacking, and polarization leaded to a preferred molecular orientation along the pore axis. It could explain the mechanism of blue shift of molecular luminescence depending on its environment.

Keywords：nanoporous anodic aluminum oxide; fluorescence molecules; photoluminescence characteristics

纳米材料常常表现出一些新奇的特性，各国科技工作者开发了大量的新材料，并详细研究了这些纳米材料的力学、电磁学、光学、催化等物理化学性质，高度有序的多孔纳米阳极氧化铝(AAO)可以非常容易的通过阳极氧化技术从铝箔制备，被广泛的用作制造其他纳米材料的模板[1-4]。通过控制氧化电压和酸度体系等条件可以得到不同纳米孔径尺寸和形状的氧化铝材料[5-6]，目前大量的工作集中于磁学和力学性能、制备条件和应用领域的研究，而在纳米材料对于荧光分子的发光特性方面的研究数量并不多见。在过去的十年当中，有一些报告研究染料吸附在多孔硅凝胶多孔氧化铝的光化学性质[7-8]，也有文献报道了使用纳米粒子作为超灵敏的荧光标记物的生物分析方法[9]。最近，有机－无机纳米复合体的荧光性质的研究引起了日益增长的兴趣，已经有一些关于有机荧光分子和无机纳米多孔材料组成的复合结构的光学性质的报告[10-13], 但由于这些材料在非线性光学、固体有机物激光和光学存储器等领域的巨大潜力[13-15]，仍有必要做更多的研究，同时在扩大荧光分子的使用，开发新型的非传统的荧光分析方法等方面也具有较好的意义。

天然或人工合成的荧光分子种类繁多并且已经作为发光材料组份、染料、荧光探针、分析试剂等获得了广泛的应用[16]。荧光分子和固体媒介的结合无疑将拓宽其应用性，因此本文随机选择了几个荧光分子填充在AAO纳米薄膜上来研究这种有机无机复合物纳米结构的发光特性，并在机理方面作了一些初步讨论。

1 试验

1.1 试剂和仪器

四碘荧光素, 二碘荧光素和茜素红S均为北京化工厂产品。本实验所有试剂均为分析纯，在使用前没有进一步纯化。Shimadzu RF-540 荧光仪(Kyoto,