本書依據(jù)作者研究團隊以及國內(nèi)外稀土納米材料的*研究進展，從稀土元素的特點和性質(zhì)出發(fā)，系統(tǒng)介紹了稀土有機- 無機雜化發(fā)光納米材料、白光LED 稀土發(fā)光材料、稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料、場發(fā)射顯示器用稀土發(fā)光材料、稀土單分子磁性材料、稀土巨磁電阻材料、稀土陶瓷材料、稀土催化材料以及稀土電化學(xué)能源材料，內(nèi)容涵蓋稀土納米材料在光、電、磁、催化等領(lǐng)域的應(yīng)用。本書可供從事稀土納米材料及其相關(guān)領(lǐng)域的研究人員及高等院校相關(guān)專業(yè)師生參考使用。
1.《納米材料前沿》是國內(nèi)近10位院士和20余位長江學(xué)者、杰青共同完成的大型出版項目，是國家出版基金項目，十三五國家重點圖書。本書為其中一個分冊。
2.本書為綜述性專著，從基礎(chǔ)到應(yīng)用，系統(tǒng)介紹了稀土納米材料近年來的研究進展。
3.全書采用銅版紙，彩色印刷，清晰直觀地展現(xiàn)了各類稀土材料的結(jié)構(gòu)、模擬及表征結(jié)果。閱讀體驗極大提升。
稀土元素因具有獨特的4f 電子構(gòu)型、大的原子磁矩、強的自旋- 軌道耦合等特點，在光、電、磁和催化等領(lǐng)域展現(xiàn)出優(yōu)異的性能，不僅廣泛用于冶金、石油化工、玻璃陶瓷等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，更是清潔能源、新能源汽車、半導(dǎo)體照明、新型顯示、生物醫(yī)藥等新興高科技產(chǎn)業(yè)和國防尖端技術(shù)領(lǐng)域不可或缺的關(guān)鍵材料，在國際上被譽為高新技術(shù)材料的寶庫。我國是世界上稀土資源最豐富的國家，而且礦種齊全，開展稀土研究與應(yīng)用具有得天獨厚的條件。目前我國已建立了完整的稀土采、選、冶、用的工業(yè)體系，特別是在稀土發(fā)光與激光材料、稀土磁性材料、稀土催化材料、稀土陶瓷材料、稀土能源材料及稀土輕合金材料等一批新型功能材料研發(fā)與應(yīng)用方面，已經(jīng)取得了長足的進步。稀土功能材料的應(yīng)用不僅極大地改造和提升了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，而且對開發(fā)高新技術(shù)、發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)起著關(guān)鍵性的作用，因此進一步研究和開發(fā)新型、高性能、具有自主產(chǎn)權(quán)的高附加值稀土功能材料，對我國的現(xiàn)代工業(yè)和國防尖端技術(shù)的發(fā)展具有極其重要的戰(zhàn)略意義。
納米科學(xué)是一門探索微觀世界的新興學(xué)科，它最初的設(shè)想源于諾貝爾物理學(xué)獎獲得者費曼（R. P. Feynman）1959 年在美國加州理工大學(xué)的一次著名演講。隨著微觀表征技術(shù)的發(fā)明和發(fā)展，納米科學(xué)得到了飛速的發(fā)展，已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)的研究熱點。納米材料因其獨特的物理和化學(xué)性質(zhì)，例如小尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)、表面和界面效應(yīng)等，在光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、催化、傳感和生物醫(yī)學(xué)等方面都具有廣闊的應(yīng)用前景。將納米材料特有的物理和化學(xué)性質(zhì)與稀土元素獨特的4f 電子層構(gòu)型相結(jié)合，使稀土納米材料增加了許多新穎的性質(zhì)，展現(xiàn)出不同于傳統(tǒng)材料的更加優(yōu)異的性能，發(fā)揮出更大的潛能，并為稀土資源的利用開辟了新的途徑，進一步擴展了其在尖端技術(shù)、高科技制造、國防軍工等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。
編寫本書的宗旨是試圖以稀土元素獨特的電子結(jié)構(gòu)及其相關(guān)特征為基礎(chǔ)，以光、磁、電、催化功能為導(dǎo)向，以應(yīng)用為目標，比較系統(tǒng)、全面地介紹稀土納米材料研究與應(yīng)用的現(xiàn)狀、存在的問題以及未來的發(fā)展方向，以引導(dǎo)稀土納米材料的基礎(chǔ)研究與應(yīng)用向縱深發(fā)展。
本書共分10 章，第1 章概述了稀土元素的特點和性質(zhì)，以及稀土納米材料在光、電、磁、催化等領(lǐng)域的應(yīng)用。第2 章介紹了稀土有機-無機雜化發(fā)光納米材料特點、分類、設(shè)計、制備方法及其光學(xué)性質(zhì)。第3 章從白光LED的應(yīng)用角度綜述了鋁酸鹽體系、硅酸鹽體系、磷酸鹽體系、氮（氧）化物體系和白光LED稀土材料的研究進展及應(yīng)用。第4 章主要介紹了稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料的幾種上轉(zhuǎn)換發(fā)光機制、組成、制備及表面功能化的方法，并進一步結(jié)合生物成像應(yīng)用實例，介紹了稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。第5 章首先介紹了場發(fā)射顯示器的原理及應(yīng)用，根據(jù)FED對發(fā)光材料的要求，從應(yīng)用的角度詳細地介紹了稀土FED發(fā)光材料的制備方法、性能的調(diào)控與優(yōu)化以及薄膜和圖案化FED的制備技術(shù)。第6 章首先介紹了單分子磁體的基本知識，然后詳細介紹了稀土單分子磁性材料的研究進展，包括稀土單分子磁體、稀土單離子分子磁體、雙核稀土單分子磁體以及多核稀土單分子磁體。第7 章主要從計算機理論模擬和實驗研究兩方面介紹了稀土在半金屬性巨磁電阻材料中的應(yīng)用，以及對磁介電材料結(jié)構(gòu)及電性能的影響。第8 章首先介紹了稀土在陶瓷中的作用機理，然后詳細介紹了稀土對超導(dǎo)陶瓷、壓電陶瓷、導(dǎo)電陶瓷、介電陶瓷和敏感陶瓷等功能陶瓷的改性作用。第9 章首先介紹了稀土元素在催化劑中的作用機理，然后重點介紹了稀土催化材料在工業(yè)廢氣、汽車尾氣和光催化環(huán)境凈化等方面的研究進展。第10 章從稀土納米材料在電化學(xué)能源中的應(yīng)用角度詳細綜述了其在鎳氫電池、鋰電池、固體氧化物燃料電池和超級電容器中的應(yīng)用研究進展。
本書是一本闡述稀土納米材料原理和技術(shù)的專著，全面和系統(tǒng)地介紹了稀土納米材料的相關(guān)知識，及其在光、磁、電、催化等領(lǐng)域的應(yīng)用。本書對從事稀土納米材料事業(yè)的人員，尤其對從事稀土納米材料的研究及應(yīng)用的人員有很好的參考價值，也可作為大專院校、科研院所納米材料專業(yè)師生的參考書。
隨著我國稀土基礎(chǔ)和應(yīng)用研究的不斷深入和發(fā)展，更多的新觀點、新材料和新應(yīng)用將不斷地涌現(xiàn)。但總的來說，稀土納米材料的研究和應(yīng)用尚在發(fā)展之中，很多方面還有待深入的研究。受編著者知識面和專業(yè)水平所限，書中難免有不足之處，懇請各位專家學(xué)者和廣大讀者批評指正。
在編寫本書的過程中，參加編寫的各位專家密切合作，宋術(shù)巖研究員做了大量細致而卓有成效的工作，并得到化學(xué)工業(yè)出版社的大力支持，在此，我們謹表示衷心的感謝。
張洪杰
中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所
稀土資源利用國家重點實驗室
本書由張洪杰院士組織編寫，黃春輝院士、高松院士、李煥榮（河北工業(yè)大學(xué)教授）、尤洪鵬（長春應(yīng)化所研究員）、李富友（杰青，復(fù)旦大學(xué)教授）、林君（杰青，長春應(yīng)化所研究員）、唐金魁（杰青，長春應(yīng)化所研究員）、孟健（長春應(yīng)化所研究員）、宋術(shù)巖（長春應(yīng)化所研究員）、宋衛(wèi)國（杰青，中科院化學(xué)所研究員）、王立民（長春應(yīng)化所研究員）、張新波（杰青，長春應(yīng)化所研究員）等參與編寫，參編人員均為國內(nèi)該領(lǐng)域成果比較突出的學(xué)者。張洪杰，中國科學(xué)院院士。中科院稀土化學(xué)與物理重點實驗室副主任、主任，稀土資源利用國家重點實驗室主任。主要從事稀土/高分子鈉米雜化發(fā)光材料的研究，迄今已在Chem. Mater. 、Chem. Commun、Langmuir等國內(nèi)外雜志上已發(fā)表學(xué)術(shù)論文200余篇。
第1章緒論001
劉志偉，卞祖強，黃春輝
（北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院）
1.1 稀土元素簡介 002
1.1.1 稀土元素的概念 002
1.1.2 稀土元素的電子結(jié)構(gòu) 002
1.1.3 稀土元素的價態(tài) 003
1.1.4 稀土元素的化學(xué)鍵 005
1.1.5 稀土元素的半徑 006
1.2 稀土化合物的性質(zhì) 008
1.2.1 稀土化合物的發(fā)光性質(zhì) 008
1.2.2 稀土化合物的磁學(xué)性質(zhì) 012
1.3 稀土化合物納米材料及其應(yīng)用 017
1.3.1 稀土有機- 無機雜化發(fā)光納米材料 017
1.3.2 白光LED 稀土發(fā)光材料 018
1.3.3 稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料 019
1.3.4 稀土單分子磁體 020
1.3.5 稀土巨磁電阻材料 021
1.3.6 稀土催化材料 022
1.3.7 稀土電化學(xué)能源材料 023
參考文獻 024
第2章稀土有機-無機雜化發(fā)光納米材料027
李煥榮，李志強，張洪杰
（河北工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所）
2.1 概述 028
2.1.1 稀土離子的光譜性質(zhì) 028
2.1.2 有機- 無機雜化材料的特點 033
2.1.3 有機- 無機雜化材料的分類 034
2.1.4 稀土有機- 無機雜化材料研究的發(fā)展歷程 035
2.2 稀土有機- 無機凝膠雜化發(fā)光材料 036
2.3 稀土有機- 無機微孔雜化發(fā)光材料 039
2.4 稀土有機- 無機介孔雜化發(fā)光材料 049
2.5 稀土有機- 無機高分子雜化發(fā)光材料 054
2.5.1 單一體系 054
2.5.2 復(fù)合體系 056
2.6 稀土有機- 無機多功能雜化材料 058
2.7 其他稀土有機- 無機雜化發(fā)光材料 059
2.7.1 稀土配合物插層發(fā)光材料 060
2.7.2 稀土配合物- 離子液體雜化發(fā)光材料 063
參考文獻 065
第3章白光LED稀土發(fā)光材料073
尤洪鵬
（中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所）
3.1 概述 074
3.1.1 白光LED 的發(fā)光原理 075
3.1.2 白光LED 稀土發(fā)光材料的特性 077
3.2 鋁酸鹽體系發(fā)光材料 079
3.2.1 YAG：Ce3 系列發(fā)光材料 079
3.2.2 Sr3AlO4F：RE（RE=Eu，Tb，Er，Tm，Ce）系列發(fā)光材料 081
3.2.3 LaSr2AlO5：Ce3 黃色發(fā)光材料 083
3.2.4 BaAl2O4：Eu2 黃色發(fā)光材料 084
3.3 硅酸鹽體系發(fā)光材料 086
3.3.1 Li2SrSiO4：Eu2 發(fā)光材料 088
3.3.2 Ca3Sc2Si3O12：Ce3 發(fā)光材料 089
3.3.3 (Ca,Sr)7(SiO3)6Cl2：Eu2 發(fā)光材料 090
3.3.4 K2Ba7Si16O40：Eu2 發(fā)光材料 091
3.4 磷酸鹽體系發(fā)光材料 093
3.4.1 稀土摻雜的ABPO4 095
3.4.2 Sr3GdNa(PO4)3F：Eu2 ,Mn2
097
3.4.3 Ba3LaNa(PO4)3F：Eu2 ,Tb3
098
3.5 氮（氧）化物發(fā)光材料 099
3.5.1 SrAlSi4N7：Eu2 發(fā)光材料 102
3.5.2 M[LiAl3N4]：Eu2 (M=Sr，Ca) 發(fā)光材料 103
3.5.3 (Ca， Sr)[Mg3SiN4]：RE 發(fā)光材料 105
3.6 白光LED 稀土發(fā)光材料的應(yīng)用 107
3.6.1 Ce3 激活的稀土石榴石基發(fā)光材料 107
3.6.2 Eu2 激活的堿土硅酸鹽發(fā)光材料 109
3.6.3 Eu2 激活的氮化物發(fā)光材料 110
3.6.4 Eu2 激活的氮氧化物發(fā)光材料 115
參考文獻 119
第4章稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料133
李富友
（復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系）
4.1 概述 134
4.1.1 稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料的幾種上轉(zhuǎn)換發(fā)光機制 134
4.1.2 稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料的組成 137
4.1.3 影響上轉(zhuǎn)換發(fā)光效率的因素 139
4.1.4 影響上轉(zhuǎn)換發(fā)射顏色的因素 140
4.2 稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料的制備方法 143
4.2.1 水熱/ 高沸點溶劑熱法 143
4.2.2 高溫熱分解法 144
4.2.3 其他方法 144
4.3 稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料的表面修飾 145
4.3.1 兩步法合成親水的稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料 145
4.3.2 一步法合成親水的稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料 148
4.3.3 稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料的表面功能化 149
4.4 稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用 151
4.4.1 在分子檢測中的應(yīng)用 151
4.4.2 在細胞和活體熒光成像上的應(yīng)用 152
參考文獻 164
第5章場發(fā)射顯示器用稀土發(fā)光材料171
林君，程子泳
（中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所）
5.1 概述 172
5.1.1 場發(fā)射顯示器的工作原理及研究進展 173
5.1.2 場發(fā)射顯示對發(fā)光材料的要求 175
5.1.3 FED 常用的發(fā)光材料 176
5.2 FED 用發(fā)光材料的合成 177
5.2.1 Pechini 溶膠- 凝膠法 178
5.2.2 沉淀法 180
5.2.3 水熱/ 溶劑熱法 182
5.2.4 靜電紡絲法 185
5.2.5 噴霧熱解法 187
5.2.6 構(gòu)建核殼結(jié)構(gòu) 188
5.3 FED 用發(fā)光材料的性能調(diào)控與優(yōu)化 190
5.3.1 材料組分的優(yōu)化 190
5.3.2 導(dǎo)電性的提高 193
5.3.3 穩(wěn)定性的提高 208
5.4 薄膜和圖案化FED 發(fā)光材料 210
5.4.1 軟石印技術(shù) 211
5.4.2 噴墨打印法 214
5.5 總結(jié)與展望 217
參考文獻 217
第6章稀土單分子磁性材料223
唐金魁，張鵬，王炳武，高松
（中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所，
北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院）
6.1 單分子磁體的理論基礎(chǔ) 226
6.1.1 弛豫動態(tài)學(xué) 226
6.1.2 各向異性能壘 232
6.2 稀土單分子磁體 235
6.2.1 鑭系離子的磁學(xué)性質(zhì) 236
6.2.2 靜電排斥模型 238
6.2.3 理論計算 240
6.2.4 先進實驗測試方法 241
6.3 稀土單離子分子磁體 247
6.3.1 量子隧穿 248
6.3.2 雙酞菁夾心稀土單離子分子磁體 249
6.3.3 多酸類稀土單離子分子磁體 251
6.3.4 - 二酮類單離子分子磁體 252
6.3.5 金屬有機類單離子分子磁體 254
6.4 雙核稀土單分子磁體 256
6.4.1 N23- 自由基橋聯(lián)的雙核稀土單分子磁體 257
6.4.2 源于酰腙配體的不對稱雙核稀土單分子磁體 258
6.4.3 各向異性磁相互作用 258
6.4.4 橋聯(lián)配體的選擇 260
6.5 多核稀土單分子磁體 262
6.5.1 單分子磁環(huán)（SMT） 262
6.5.2 高能壘多核稀土單分子磁體 265
參考文獻 267
第7章稀土巨磁電阻材料277
孟健，劉孝娟
（中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所）
7.1 巨磁電阻效應(yīng) 278
7.2 稀土在設(shè)計半金屬性（half-metal）巨磁電阻材料中的特殊應(yīng)用 279
7.3 HM稀土巨磁電阻材料的計算機理論模擬 280
7.3.1 密度泛函理論概述 280
7.3.2 LDA U 及GGA U 法 284
7.3.3 稀土誘導(dǎo)的半金屬性質(zhì)及其對磁性的微調(diào)諧 285
7.3.4 稀土對擴展超交換磁耦合強度的微調(diào)諧 288
7.3.5 外延應(yīng)力對HM 稀土巨磁電阻材料的性能影響 290
7.4 稀土在巨磁電阻材料中應(yīng)用的實驗研究 293
7.4.1 陽離子有序度的微調(diào)控 293
7.4.2 陽離子有序度對磁耦合性能的影響 299
7.5 稀土對磁介電材料結(jié)構(gòu)及電性能的影響 301
7.5.1 稀土離子鑭系收縮對晶體結(jié)構(gòu)和磁性質(zhì)的影響 301
7.5.2 稀土鑭系收縮對介電性能的影響 305
參考文獻 307
第8章稀土陶瓷材料313
施偉東，宋術(shù)巖
（江蘇大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，中國科
學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所）
8.1 稀土在陶瓷中的作用機理 314
8.2 稀土改性超導(dǎo)陶瓷 316
8.3 稀土改性壓電陶瓷 318
8.4 稀土改性導(dǎo)電陶瓷 319
8.5 稀土改性介電陶瓷 320
8.6 稀土改性敏感陶瓷 321
8.7 稀土改性透明陶瓷 323
8.8 稀土陶瓷在其他方面的應(yīng)用 325
參考文獻 326
第9章稀土催化材料329
宋衛(wèi)國，曹昌燕
（中國科學(xué)院化學(xué)研究所）
9.1 稀土元素在催化劑中的作用機理 330
9.2 稀土催化劑在工業(yè)廢氣凈化中的應(yīng)用 332
9.2.1 稀土催化劑在煙氣脫硫、脫硝中的應(yīng)用 333
9.2.2 稀土催化材料在工業(yè)廢氣和人居環(huán)境凈化中的應(yīng)用 334
9.3 稀土催化劑在汽車尾氣凈化中的應(yīng)用 338
9.3.1 儲放氧材料 339
9.3.2 碳氫低溫起燃催化劑 339
9.3.3 碳煙氧化催化劑 340
9.3.4 NH3-SCR催化材料 341
9.4 稀土催化劑在光催化環(huán)境凈化中的應(yīng)用 342
9.4.1 在氣相污染物光催化凈化中的應(yīng)用 343
9.4.2 在光催化氧化水體中有機污染物中的應(yīng)用 345
9.4.3 在滅菌殺毒中的應(yīng)用 346
參考文獻 347
第10 章稀土電化學(xué)能源材料353
林靜，梁飛，王立民，常志文，張新波
（中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所）
10.1 稀土納米材料在鎳氫電池中的應(yīng)用 354
10.1.1 鎳氫電池的工作原理 354
10.1.2 稀土納米材料在鎳氫電池負極材料中的應(yīng)用 355
10.1.3 鎳氫電池負極材料的回收 356
10.2 稀土納米材料在鋰電池中的應(yīng)用 358
10.2.1 鋰離子電池的工作原理 358
10.2.2 稀土摻雜在鋰離子電池電極材料中的應(yīng)用 359
10.2.3 稀土納米材料在鋰-空氣電池中的應(yīng)用 360
10.3 稀土納米材料在固體氧化物燃料電池中的應(yīng)用 365
10.3.1 固體氧化物燃料電池的工作原理 365
10.3.2 稀土在電解質(zhì)材料中的應(yīng)用 366
10.3.3 稀土在陰極材料中的應(yīng)用 367
10.3.4 稀土在陽極材料中的應(yīng)用 368
10.3.5 稀土在連接材料中的應(yīng)用 368
10.4 稀土納米材料在超級電容器中的應(yīng)用 368
參考文獻 371
索引 375
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