西电新闻网讯（通讯员李碧霄）近日，西安电子科技大学吕锐婵教授团队与沙特国王大学的AneesA. Ansari在Coordin.Chem. Rev.（中科院一区前20%，7/49，影响因子20.6）上共同发表了关于发光镧系纳米材料合成与功能化的综述性研究，其中西安电子科技大学为第一单位，第一作者为生科院硕士研究生李碧霄，通讯作者为吕锐婵教授和AneesA. Ansari教授。这也是双方团队在Coordin.Chem. Rev.上发表稀土领域的第四篇综述，其中前三篇分别是“纳米化学促进生物光子”“稀土基质对发光影响”“上转换发光材料的毒性”，本篇综述主题为“无机/有机聚合物复合对发光镧系纳米材料的影响”。

随着科学技术的不断进步，稀土（RE3+/Ln3+）纳米粒子在生物传感、生物标记、生物成像、诊疗、测温、防伪、指纹检测、环境监测、光催化、安全油墨、发光二极管及染料敏化太阳能等领域的应用日益广泛。而要想充分利用其特性，对纳米粒子的设计和制备就显得至关重要；在控制其形态与尺寸方面，聚合/非聚合材料的复合起到了至关重要的作用。综述详细探讨了聚合材料（表面活性剂、封端剂、配体/螯合/络合剂）和非聚合材料（无机非金属、金属粒子）的复合在纳米稀土粒子合成中的应用，以及对纳米粒子核的生长、表面功能化、在水性/疏水介质中的胶体分散性的影响。

纳米结构的功能性和胶体稳定性高度依赖于所选择的表面活性剂，而纳米粒子核心Ln3+的形态和尺寸则决定了其光物理特性，因此对有机/无机聚合物的选择非常重要。粒子表面附着的有机基团，无论是聚合材料、涂层剂还是配体，不仅有助于控制纳米粒子的形状和尺寸，还促进了其在不同介质中的分散性、生物相容性以及流体动力学特性。一些参与纳米粒子功能化和聚合反应的典型聚合物/非聚合材料表面配体及其化学结构、名称和活性功能基团如图2所示。聚合物的影响举例如下：用于直接配位或将亲水性配体插入制备好的镧系粒子表面；具有多齿连接基团的配体有助于增强耦合，从而增加胶体粒子的长期稳定性；功能分子与镧系粒子的生物偶联也随着配体附着强度的增强以维持胶体的稳定性。

有机覆盖的表面或高振动功能基团/分子虽然带来了许多好处，但它们也可能抑制镧系粒子的发光效率。因此，选择合适的螯合配体、长链烃、表面活性剂、涂层剂至关重要，以此确保其在临床科学等领域的有效应用。除了综述表面活性剂、长链烃、螯合配体等领域的最新进展，论文还强调了无机材料在镧系纳米材料研究和应用中的巨大潜力，比如不同的碳基无机复合物（石墨烯、碳点、碳纳米管等）、氧化硅层、半导体层（氧化钛、氧化锰、氧化锌等）、金属层（贵金属、碱土金属）。尤其是，在这篇综述中总结了包含课题组通过Comsol、FDTD和DDA等模拟方法研究光在纳米尺度上的行为，在光电器件、信息光学、生物光子学和新材料中具有巨大的实际应用潜力。比如金属可以产生独特的表面等离子体模式，并产生显著的局部近场放大效应。精确和有效的数值建模技术的应用对指导复合粒子的构建具有优势，并显著减少了实验试错时间和耗材费用。

最后，论文对镧系粒子的有机/无机复合提出了未来展望：纳米材料的合成方法，仍然还需要创新的策略来制造不同形貌的物体，并为特定的技术应用定制纳米级结构。化学成分（前驱体离子和试剂）的选择，对合成过程的影响不容忽视，如稀土盐和阴离子前驱体，选择对酸/碱性质敏感的反应启动剂，快速分解和参与自催化，从而改变还原动力学和反应途径，导致最终产物形状的改变。无机物表面工程方面，通过表面功能化或使用非晶/介晶二氧化硅或高分子材料进行涂层来调整设计的纳米粒子，对其用于诊断、治疗、成像、传感、DDS和表面催化都很重要。聚合物方面，如何通过调整发光粒子与芳香族结构之间的相互作用以减少淬灭，包括末端极性基团（-OH、-NH2、-COOH、-COOR、-SH等）的调变等。（5）物理特性，如尺寸、形状、胶体稳定性、晶体相、化学成分和表面工程（表面电荷、功能、孔隙度、比表面积等）表面性质影响疏水性/亲水性、水动力尺寸、不同pH水平下的zeta电位、溶解速率、尺寸分布、团聚和生理条件下的胶体稳定性等物理参数，影响制备的NMs的毒性潜力。

吕锐婵教授所带领的“生物材料和信息转化BIT”课题组长期在稀土发光领域耕耘，在相关领域发表60余篇SCI论文。2024年，课题组采用comsol仿真对材料的吸收性能进行模拟，采用ANSYS仿真对不同形状材料的力学性能进行仿真，采用机器学习通过材料的多参数对其吸收性能进行预测（ACSAppl. Nano Mater.、ACSBiomater. Sci. Eng.、JIOHS等期刊）。镧系粒子的蓬勃发展为其在医学、生物技术、电子信息材料科学等研究中的应用铺平了道路，为未来科技探索开辟了新路径。本篇综述不仅加深了我们对聚合及非聚合材料在发光镧系纳米材料合成与功能化中的作用的理解，也为未来相关领域的研究提供了参考和启示。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0010854524002686