掺杂是一种赋予材料新性能的常用方法。稀土离子具有非常丰富的光电磁性质，因此被广泛掺杂在各种无机材料中，以调整晶相、形貌和尺寸，同时可控调节掺杂材料的光、电和催化性能。稀土掺杂策略的研究对于设计新型功能材料具有重大意义。稀土掺杂纳米材料性能、制备与应用的全面介绍可以让入门者快速了解稀土纳米材料领域并开展研究。
近日，浙江大学邓人仁研究员、王娟研究员、香港城市大学王锋教授与新加坡国立大学刘小钢教授团队在《Chemical Reviews》期刊上发表了题为“Rare-Earth Dopingin Nanostructured Inorganic Materials”的综述文章（DOI:/10.1021/acs.chemrev.1c00644）。该篇综述文章系统介绍了稀土离子的光电磁性质和掺杂策略，阐释了离子尺寸、价态等因素对于掺杂过程的影响，介绍了稀土离子掺杂到不同基质如稀土化合物、碱土金属化合物、半导体量子点、金属有机框架和二维层状材料时所采用的制备方法。首次全面综述了稀土掺杂纳米材料的应用领域，涵盖了生物成像与治疗领域、光学传感领域、催化领域、防伪、信息存储、光探测、光伏电池领域以及纳米磁铁等，跟进了近年来研究较为广泛的高分辨成像、时间分辨成像、光遗传学、单颗粒检测、单原子催化剂、纳米激光器、稀土掺杂钙钛矿太阳能电池、X射线检测等技术的最新研究进展。
文章最后分析了稀土掺杂纳米材料当前面临的挑战并展望了未来的研究趋势。作者认为，即使稀土氟化物和半导体纳米材料制备与掺杂调控已非常成熟，但其他异质掺杂纳米材料的可控制备与精细调节仍是一个难题，这在一定程度上限制了稀土离子的应用开发。未来，稀土纳米材料的设计需要更多的与理论计算模拟相结合，开辟稀土纳米材料新的应用领域，除了在上述研究热点中大有可为之外，稀土纳米材料与现代智能设备的结合并应用于日常生活也将成为日后的一个研究方向。
浙江大学博士生郑冰珠为该论文的第一作者，浙江大学邓人仁研究员、王娟研究员、香港城市大学王锋教授与新加坡国立大学刘小钢教授为通讯作者。
图1. 稀土纳米材料的发展史及其应用
图2. 稀土离子的半径与电子构型
图3. 不同稀土离子掺杂纳米材料结构示意图
图4. 稀土掺杂纳米材料在生物成像领域的应用
图5. 稀土掺杂纳米材料在生物治疗领域的应用
图6. 稀土掺杂纳米材料在光探测领域的应用
原文链接
https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c00644
