[00893564]稀土纳米功能材料的可控合成、组装及构效关系研究

该项目属于无机化学、稀土功能材料化学和纳米化学研究领域。纳米尺度下稀土功能材料的性质与其结构、稀土离子的格位对称性、价态和表面缺陷的关联性是该项目的研究核心。针对稀土功能材料的结构复杂多变、合成控制难等问题，充分利用纳米材料表界面相对于体相材料活性高、易于受配位作用影响和调变，发展了基于配位化学作用准确控制功能纳米晶结构、性质和组装的方法，系统开展了稀土纳米发光和有序介孔催化材料的结构和微结构、表面和界面、组装控制研究，深化了对稀土功能材料结构与性能关联规律的认识，通过材料的结构/微结构及表面调控，有效地拓展了稀土功能材料的性质，体现了纳米结构材料的优势，对稀土功能纳米和有序介孔材料的可控制备、功能调控和应用探索有创造性贡献。1．建立了利用高沸点溶剂的配位稳定和分散作用、以单一配合物前驱体热分解制备单分散稀土纳米晶的合成方法，实现了纳米晶的组成、结构、尺寸控制和二维、三维超晶格组装。2．系统研究了稀土氟/氧/硫化物的发光和磁性质，实现了稀土氟化物的多色上转换发光及其光色调控；以稀土硼酸盐和钒酸盐等重要发光材料为典型，揭示了纳米尺度下因材料的表面无序度增加所导致的格位对称性降低及其对发光行为的影响规律，实现了材料色纯度的提高，为解决稀土硼酸盐发光材料色纯度问题、设计新材料提供了依据。3．系统研究了氧化铈及铈基新材料的合成方法和催化性质，利用配位化学作用调控晶体生长和组装，实现了不同尺寸、铈(III)/铈(IV)比例和特定外暴露晶面氧化铈、铈锆复合氧化物纳米晶，以及孔壁晶化好、热稳定性高的有序介孔材料铈锆复合氧化物的控制合成，揭示了氧存储容量及催化特性与结构和特定暴露晶面的关系，率先以实验证实了不同形貌氧化铈纳米晶的CO催化活性与其外露晶面有关，发现铈锆复合氧化物的氧存储容量除了与组成、结构和表面积有关外，还与其结构微应力线性相关的规律，为优化合成方法、提高相关材料的催化性能提供了科学依据。该项目十年来围绕稀土纳米功能材料的可控合成、组装及构效关系研究，系统发表SCI收录论文129篇，其中在影响因子大于3的国际期刊如《美国化学会志》、《德国应用化学》等上发表论文62篇。相关论文的平均影响因子为3.25，累积被SCI他人引用4191次。该项目的8篇代表性论文累积被SCI他人引用739次。该项目组还应邀为国际稀土领域最重要的手册《稀土物理和化学手册》撰写了综述性专章“稀土纳米材料的控制合成和性质”。特别是该项目所发展的单一配合物前驱体热分解制备单分散稀土纳米晶的方法被国际同行在英国《化学学会评论》杂志上称为“通用途径”，所得高质量上转换发光纳米晶及其自组装超晶格被认为在生物标记领域具有潜在应用价值。该项目获2010年度教育部高等学校科学研究优秀成果奖-自然科学奖一等奖。