奖励类别：江苏省教育科学研究成果奖(高校自然科学类)

奖励类别：江苏省教育科学研究成果奖（高校自然科学类）
项目名称：稀土纳米材料设计及发光性能调控
主要完成人：黄岭、谢小吉、闾敏、黄维
主要完成单位：南京工业大学
项目简介：该项目属于材料化学中的纳米化学领域，围绕稀土元素纳米材料的可控合成、上转换发光调控以及稳定性提高为研究主线开展工作，针对稀土掺杂纳米材料在合成和发光性能调节中存在的一些科学问题，以实现稀土掺杂纳米材料的可控合成和发光调节与应用为目的，设计合成了稀土掺杂钪基含氧化合物、稀土金属有机框架材料、稀土氟化物等一系列稀土基纳米材料，系统阐述了材料的构效关系，实现了稀土掺杂纳米材料的可控合成、发光调控、温度和湿度的传感等应用，取得了具有重要影响的创新性成果，主要有以下三点：
1、稀土掺杂钪基含氧化合物可控合成，发光调控及应用：针对目前氧化钪的制备需要在高温和特种设备条件下完成，难以实现低成本、短周期和高质量的合成等关键科学技术难点，此外，为了研究探索钪基氧化物纳米材料的镧系掺杂与其他镧系氧化物基质发光的本质区别，该项目创新性的提出了分布合成的策略，即首先通过表面活性剂调控的一步水热法合成形貌、尺寸、晶体结构以及发光可控的ScOOH:Ln (Ln = Yb/Er, Tb, Eu) 发光材料，进一步经过退火得到形貌、尺寸、晶体结构以及发光可控的Sc2O3:Ln (Ln = Yb/Er, Tb, Eu) 发光材料。

退火后的材料掺杂Eu和Tb混合后可以作为高温荧光探针材料；除此之外由于Eu掺杂的材料表现出近似纯红光发射，与商业化的YAG:Ce进行封装可制得发光强度较高的白光LED灯。

基于以上研究，进一步增强了我们对钪基氧化物基质稀土发光材料的认识，实
现了对钪基质稀土发光材料的初步应用。

2、稀土金属有机框架材料基于电信号和光信号的双模式湿度传感：针对传统的电子湿度传感设备中探头容易被环境中气体杂质等干扰，难以给出精确的结果，该项目另辟蹊径，通过合成基于稀土离子的金属有机框架材料，一方面利用金属有机框架材料孔道可调的结构特点建立质子导电率与湿度的电化学信号响应；另一方面，利用稀土离子的发光特点建立荧光发射与湿度的光化学信号响应，从而实现了双通道的湿度传感。

在此基础上，利用光信号、电信号、相对湿度三者之间存在相互转换的关系，可以通过简单的荧光发射测试反映材料的湿度或者质子导电率大小，开辟了信号转换材料的新方向。

3、稀土氟化物纳米晶的可控合成及生长机理研究：稀土掺杂上转换纳米晶可以吸收低能量的近红外光发射出高能量的短波长，而且具有很好的光稳定性，较长的荧光寿命，在生物成像以及疾病诊断和治疗方面具有潜在的应用。

上转换纳米晶的尺寸、形貌以及晶体结构与其发光性能息息相关，因此探究稀土掺杂上转换纳米晶的合成与生长机理，对于实现其形貌、尺寸的可控合成，进而实现发光性能的调控与应用具有十分重要的意义。

该项目，在YF3:Yb/Er体系中，通过掺杂不同浓度的Sc3+一方面实现了YF3纳米晶自身形貌的调控，另一方面实现了YF3纳米晶到ScF3纳米晶的转化；在KSc2F3:Yb/Er体系中，通过掺杂离子半径更小的Li+，实现了对KSc2F3:Yb/Er尺寸的调控，并且Li+的显著增强其红光发射。

这就为稀土掺杂氟化物纳米晶的可控合成提供了强有力的依据，也为其潜在的应用奠定了基础。

本项目在稀土基功能材料的可控合成、构效关系与功能调控、温度传感和湿度传感等关键问题上提出了比较重要的学术观点，开展了
较为系统的研究工作，在理论和技术创新方面取得了重要进展。

主要研究成果有10篇代表性SCI论文发表在Advanced Materials、Angewandte Chemie International Edition、Nano Energy、Small、ACS Applied Materials & Interfaces、Nanoscale、Journal of Material Chemistry C等国际权威学术期刊上。

这些结果得到了国内外同行的关注和认可，被国际权威学术期刊重点评述和引用。

获授权中国发明专利1项。