新技术

中国计量大学：在基于稀土氟化物纳米晶的延时三维X 射线成像应用方面取得重要进展

近日，中国计量大学光电学院徐时清教授团队在低剂量柔性X 射线成像技术领域取得重要进展，研究成 果 以“Dual heterogeneous interfaces enhance X-ray excited persistent luminescence for low-dose 3D imaging”为题发表在国际著名期刊Nature Communications (2024,15: 1140)上，并被Nature Communications 编辑选为Research Highlight 重点推荐。中国计量大学为该论文第一单位，雷磊研究员为第一作者，徐时清教授为通讯作者。

基于稀土氟化物纳米晶的延时三维X 射线成像应用

X 射线成像技术具有高穿透特点，已被广泛应用于医学诊断、无损检测和安检等领域。与商用平板探测器相比，柔性X 射线探测器能够用于高度弯曲目标物的三维成像，成为当前研究热点。稀土掺杂氟化物纳米材料具有X 射线激发多色余辉发光特征，适用于柔性X 射线探测与延时三维(3D)成像应用，且能够避免实时X 射线辐照产生的荧光信号干扰，但面临高辐射剂量安全问题与成像技术复杂问题的挑战，因此，开成为当前亟需解决的关键技术瓶颈。

团队创新性地设计了双异质核壳界面，不仅能够抑制激活离子到表面缺陷的能量传递过程，降低稀土激活离子无辐射弛豫几率，还能够有效降低界面Frenkel 缺陷形成能，促进陷阱能级的形成并大幅增强余辉发光。与NaLuF4:Gd/Dy 核纳米晶相比，NaYF4@NaLuF4:Gd/Dy@NaYF4异质核壳纳米晶的XEPL 增强了约40.9 倍。这种双异质核壳结构同样能够增强Pr,Er,Tm,Gd,Tb 等激活离子的XEPL 性能。

团队还研制出基于Y@Lu/Gd/Tb@Y 纳米晶的柔性薄膜X 射线探测器件，弯曲幅度接近180 度，拉伸幅度大于200%,在300 nm～ 800 nm 范围内的光透过率大于 90%。采用自主搭建的X 射线成像系统，在调制传递函数(MTF)值为0.2 时的空间分辨率约为17.1 LP mm-1，优于多数报道的卤化物钙钛矿(通常低于10 LP mm-1)，与商用CsI (Tl)闪烁体 (≈10 LP mm-1)。在无热激励且辐射剂量率为4.5 μGy s-1的条件下,双异质核壳纳米晶的延时X 射线成像质量明显优于核纳米晶体系。进一步结合图像重构技术，实现了电子器件的三维成像（见图）。

(中国计量大学)

新研究可快速合成稀土荧光粉—玻璃复合材料

近日，华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室教授夏志国团队开发了一种基于玻璃熔体中粒子自稳定模型的快速合成技术，并研制出面向激光照明应用的新型高稳定性稀土荧光粉—玻璃复合材料。相关研究成果日前发表于《自然—通讯》。

据了解，稀土发光材料是我国稀土战略资源高效利用的核心材料之一。其中，无机稀土荧光粉在照明、显示等光源器件领域具有重要的应用背景和实际需求。

夏志国谈到，一方面由于LED 本身在大功率下存在效率骤降的瓶颈，另一方面，在有机封装高温、潮湿等条件下，传统荧光粉转换型LED 光源器件存在稳定性问题和强蓝光/紫外光辐射下老化问题。因此，亟需发展高稳定性荧光玻璃/陶瓷材料，以满足诸如航空照明、水下照明及内窥镜等大功率LED 及激光荧光光源应用。

研究显示，稀土荧光粉—玻璃复合材料(PGC)具有丰富的玻璃基体材料选择性和优异的稳定性（见图）。但在已报道的PGC 材料中，存在合成时间长的问题，进而导致荧光粉不可避免存在热侵蚀和性能下降。因此，发展PGC 的快速合成策略可以确保稀土荧光粉颗粒的完整性以维持甚至提升发光效率，并降低成本以及显著提高PGC 材料的制造效率。

磷光体—玻璃复合材料的合成和微观结构表征

夏志国团队提出了一种基于玻璃熔体中粒子自稳定模型的荧光粉—玻璃复合材料的快速合成策略，研究建立了熔融玻璃与荧光粉颗粒之间的润湿性模型关系，使得多种石榴石基商用稀土荧光粉颗粒在10 秒内就能够致密均匀地分散在碲酸盐玻璃中。

该项研究制备的黄色发射PGC 材料具有98.4%的量子效率、86.8%的吸收系数。在450 纳米蓝色激光激发下，可以产生光通量为1227 流明的理想白光。研究团队还合成出一系列具有高量子效率的橙色、黄色和绿色颜色可调的玻璃基复合发光材料，并为新型多功能玻璃复合材料提供了一种可推广的合成策略。

(中国科技报)

中国科学院广州地化所：联合Ce-Nd 稳定同位素可作为定量表征地表环境氧化还原状态的新指标

稀土元素稳定同位素是新的非传统稳定同位素体系，有望为探索天体形成、岩浆演化、稀土成矿、大陆风化和海洋循环等过程稀土循环提供新的证据。特别是Ce 具有+3 和+4 两种价态，在氧化过程中表现出与其他稀土元素如Nd 明显的差异，但在非氧化过程中Ce 与Nd 元素具有相似的地球化学行为。因此，理论上Ce 和Nd 稳定同位素的联合应用能够量化地表的氧化还原状态特别是为氧化过程提供新的证据。然而，这一假定是否实际可行有待证实，而通过对同一地质过程中Ce-Nd 稳定同位素分馏行为进行同步监测可准确回答这一问题，不过到目前为止尚没有相关的研究报道。

针对这一科学问题，中国科学院广州地球化学研究所稳定同位素地球化学学科组白江昊博士后在韦刚健研究员、马金龙正高级工程师、王志兵副研究员和张乐高级工程师等老师的指导下，并与广东省科学院生态环境与土壤研究所钟松雄博士后合作，依托其前期建立的高精度Ce 稳定同位素分析技术，对经历氧化风化作用并具有很好的稳定Nd 同位素研究基础的海南新生代玄武岩风化剖面HK06 开展了系统的研究（见图1）。

图1 HK06 风化壳τTh，Ce、Ce/Ce＊和δ142/140 Ce 值的变化特征

研究结果表明，在该风化剖面中，Ce 富集程度越高，其Ce异常值越正，相应的δ142/140Ce 值也越高；反之，Ce 越亏损，其δ142/140Ce 值则越偏低。这一观察结果表明，强氧化风化过程中Ce元素会发生明显的迁移并伴随着Ce 稳定同位素的显著分馏。为了更好地区分氧化与非氧化过程对稳定Ce 同位素的影响，作者对风化产物进行了化学分相提取，并分别测定了各个相态的稳定Ce 同位素组成。结果显示，在氧化过程中，Mn（氢）氧化物相具有最高的δ142/140Ce 值（+0.184±0.040‰），这可能归因于Ce(IV)倾向于富集较重的同位素142Ce（基于质量相关分馏）和/或继承自流体相中的重同位素142Ce（基于核体积效应）。为了区分这两种分馏效应，未来研究应当同时精确测量样品中的136Ce/140Ce 和142Ce/140Ce 比值。此外，研究发现Mn氧化物相中的Mn 浓度与τTh，Ce 和δ142/140Ce 值均呈现正相关，而与Ce 异常无关，表明Mn 氧化物中的δ142/140Ce 值相比Ce/Ce*更可靠地量化表征地表的氧化状态。在非氧化过程中，作者讨论了外部输入、pH 值、有机物络合、Fe 氧化物吸附/共沉淀以及粘土矿物形成等作用方式对稳定Ce 同位素分馏行为的影响。在0.5 mol·L-1HCl 交换相和残余相中，δ142/140Ce 值与δ146/144Nd 都呈正相关，表明在非氧化过程中稳定Ce 和Nd 同位素表现相似。基于此，作者提出联合Ce-Nd 稳定同位素（δ142Ce-δ146Nd）可以作为量化地表亚氧到强氧化状态的新工具。这一指标未来在准确解读地球氧化历史的研究中，可望发挥非常重要的贡献（见图2、图3）。

图2 Mn 氧化物相中Ce 元素含量、Ce 异常和δ142/140Ce 的变化特征

图3 非氧化过程中Ce-Nd 稳定同位素分馏行为类似

(中国科学院广州地化所)

福建物构所基于手性铝氧簇用于圆偏振发光取得新进展

手性普遍存在于自然界，是生命体系的基本特征之一。从原子级水平上研究手性团簇的手性来源、多重手性对手性化学及团簇化学有着极其重要的意义。然而，手性金属有机簇合物仅约占手性晶态化合物的7.8%，主要集中在贵金属、稀土和过渡金属。近期，中国科学院福建物质结构研究所方伟慧研究员采用协同配位合成策略，构筑了首类手性铝氧簇（cAlOCs）并应用于圆偏振发光。

在自然界中，氨基酸的分子手性决定了蛋白质的螺旋手性，最终表现为多尺寸的生物分子的宏观手性。此类由手性氨基酸和辅助螯合配体2，6 吡啶二羧酸稳定的cAlOCs-Al5簇体系，整合了团簇分子的手性、类DNA 手性双螺旋以及手性氢键qtz 拓扑。基于团簇间的氢键弱相互作用，实现了团簇间的手性转移与放大，并为组装手性拓扑提供了一种以四连接的团簇为节点的新拓扑学方法。此外，这种协同配位合成策略具有良好的普适性，不仅可扩展到不同的同构配体，还可以扩展到不同的抗衡离子。此类cAlOCs 材料可以实现克级水平放大合成，且具有较好的稳定性和高的BET 比表面积。

这项工作为手性铝氧簇的合成提供了有效方法，为低成本的CPL 材料合成提供了新途径。从可持续发展的角度，手性铝氧簇是探索手性领域应用的有力候选者。预计从这项研究开始，将有更多手性铝氧簇材料被合成，并应用在对映体分离、手性传感、不对称转化等方面。

(福建物质结构研究所)