上转换荧光材料是一类重要的稀土发光材料,它能够通过多光子机制将低频率激发光转换成高频率发射光，在固体激光器、光存储器、传感器、太阳电池和三维立体演示等领域都有着重要的应用。近年来，以上转换荧光作为检测信号的荧光传感器的研究逐渐受到化学家，环境学家，生物学家的重视，相关报道日益增多。稀土上转换荧光纳米材料具有毒性小、化学稳定性高、光稳定性好、Stokes位移大、吸收和发射带窄、寿命长等优点，另外近红外光作为其激发光源，对生物组织几乎无损伤、组织穿透深度大、同时可以避免生物样品自体荧光的干扰和散射光现象，从而降低检测背景，提高信噪比。这些优异的性能使上转换荧光传感器在环境化学，临床毒理学，生物化学等方面都有着非常好的应用前景。因此对于上转换纳米材料的功能化设计、合成已经成为化学、材料、生物医学等领域的研究热点。本论文在调研大量文献的基础上，利用简单的高温有机溶剂法、水热法制备了六角相的β-NaYF₄纳米晶，将探针分子及光敏剂分子以吸附、共价嫁接的方式与其相结合，分别制备了对特定金属离子具有选择性识别能力及能够产生单线态氧的多功能复合上转换纳米材料。本论文取得的主要成果如下：1、利用高温有机溶剂法合成了六角相的β-NaYF₄纳米晶，将其与对铜离子具有高选择性的RB-hydrazide相结合，在近红外光作为激发光源条件下，β-NaYF₄的上转换绿光发射光谱与RB-hydrazide-Cu的激发光谱有好的光谱重叠，为二者之间的能量转移提供了可能性。通过上转换发光的减弱及探针分子的荧光增强实现对铜离子的光学传感。该体系能够有效、快速地识别铜离子，同时近红外激发光源具有背景荧光干扰低，对生物组织几乎无损伤，组织穿透深度大等优点，使其在分析检测，生物领域方面有潜在的应用价值。2、用简单的水热、溶胶-凝胶法合成了二氧化硅包覆的β-NaYF₄@SiO₂核壳结构纳米材料，通过共价嫁接的方式将RB-hydrazide荧光探针分子固载到二氧化硅表面，得到了对汞离子具有传感性能的核壳型的纳米复合材料。所制得的复合材料在近红外激发下能够显示明亮的上转换绿光发射，同时对重金属汞离子具有较好的选择性、较高的灵敏度，并且其荧光强度表现出对汞离子浓度的线性响应。这种纳米复合材料的上转换光学性质、汞离子传感性能使它们在分析化学、生物化学等领域有潜在的应用价值。3、用简单的方法合成了介孔二氧化硅包覆的β-NaYF₄@SiO₂@mSiO₂核壳结构纳米材料，得到的介孔材料具有一致有序的多孔孔道结构、高的比表面积及大的孔体积，有利于提高对光敏剂分子的装载吸附。装载有光敏剂Rose bengal分子后，该复合材料用近红外光照射，绿色的上转换发光能进一步激发光敏剂分子，激发态的光敏剂分子可以与周围的氧气分子相互作用，生成对癌细胞具有杀伤力的单线态氧，并且通过间接的方法检测到了单线态氧的产生。所得到的复合材料有望在生物化学、生物医学方面有所应用。