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稀土摻雜NaYF₄無序結(jié)構晶體的結(jié)晶學位置對稱性破缺現(xiàn)象示意圖

　　稀土摻雜無序結(jié)構晶體是一類龐大的發(fā)光和激光材料體系，因其優(yōu)良的光學性能在激光、綠色照明光源、平板顯示、生物探針等領域具有廣闊用途，但是關于替代無序分布陽離子格位的稀土離子在其中的確切位置對稱性長期以來一直存在很大爭議，主要原因是實驗觀測到的稀土離子表現(xiàn)出的光譜學位置對稱性遠低于單晶X射線衍射確定的結(jié)晶學位置對稱性。由于稀土離子的發(fā)光與所替代的基質(zhì)陽離子格位有密切的關系，稀土摻雜無序結(jié)構發(fā)光材料的發(fā)光強度取決于稀土離子周圍的晶體場環(huán)境，因此利用稀土離子如Eu3+作為靈敏的結(jié)構探針研究其所處格位對稱性的破缺機理，具有十分重要的意義。
　　在科技部863計劃、國家自然科學基金、中科院“百人計劃”和科研裝備研制等項目的支持下，福建物質(zhì)結(jié)構研究所中科院光電材料化學與物理重點實驗室陳學元研究小組以稀土離子Eu3+為結(jié)構探針，通過低溫高分辨熒光光譜揭示了在稀土摻雜陽離子無序分布結(jié)構的晶體中普遍存在的結(jié)晶學位置對稱性破缺現(xiàn)象。以Eu3+摻雜立方相和六方相NaYF4為例，證實了Eu3+的光譜學位置對稱性在立方相NaYF4中由結(jié)晶學位置點群Oh降低為Cs（或C2），而在六方相NaYF4中則由結(jié)晶學位置點群C3h降低為Cs，并進一步通過晶體場能級擬合對這種結(jié)晶學位置對稱性破缺的現(xiàn)象進行了證實。
　　該研究還進一步揭示了稀土摻雜無序晶體材料體系具有普適的結(jié)晶學位置對稱性破缺現(xiàn)象，從而解決了長期困擾該領域的一個爭議，為此類材料發(fā)光性能優(yōu)化奠定了理論和實驗基礎。相關研究成果發(fā)表在《德國應用化學》上（Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.201208218）。
　　此前，該小組在稀土摻雜發(fā)光材料的可控合成、光譜學及生物醫(yī)學應用方面取得了一系列研究進展，如利用稀土摻雜NaYF4和KGdF4納米熒光探針，結(jié)合時間分辨檢測技術，實現(xiàn)對親和素蛋白的均相TR-FRET檢測（Angew. Chem. Int. Ed., 2011, 50, 6306; J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 1323）；合成具有良好生物相容性的超小ZrO2:Tb納米晶，并用于親和素蛋白的靈敏檢測及人體肺腺癌細胞的靶向生物成像（J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 15083）。另外，該小組近期應邀在Nanoscale發(fā)表關于稀土摻雜納米熒光探針的Feature Article，并被選為封面文章（Nanoscale, DOI: 10.1039/C2NR33239F）。