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

　　稀土摻雜無序結(jié)構(gòu)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(xué)性能在激光、綠色照明光源、平板顯示、生物探針等領(lǐng)域具有廣闊用途，但是關(guān)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(shí)驗(yàn)觀測到的稀土離子表現(xiàn)出的光譜學(xué)位置對稱性遠(yuǎn)低于單晶X射線衍射確定的結(jié)晶學(xué)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(guān)系，稀土摻雜無序結(jié)構(gòu)發(fā)光材料的發(fā)光強(qiáng)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(gòu)探針研究其所處格位對稱性的破缺機(jī)理，具有十分重要的意義。
　　在科技部863計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、中科院“百人計(jì)劃”和科研裝備研制等項(xiàng)目的支持下，福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所中科院光電材料化學(xué)與物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陳學(xué)元研究小組以稀土離子Eu3+為結(jié)構(gòu)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(gòu)的晶體中普遍存在的結(jié)晶學(xué)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(shí)了Eu3+的光譜學(xué)位置對稱性在立方相NaYF4中由結(jié)晶學(xué)位置點(diǎn)群Oh降低為Cs（或C2），而在六方相NaYF4中則由結(jié)晶學(xué)位置點(diǎn)群C3h降低為Cs，并進(jìn)一步通過晶體場能級(jí)擬合對這種結(jié)晶學(xué)位置對稱性破缺的現(xiàn)象進(jìn)行了證實(shí)。
　　該研究還進(jìn)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(xué)位置對稱性破缺現(xiàn)象，從而解決了長期困擾該領(lǐng)域的一個(gè)爭議，為此類材料發(fā)光性能優(yōu)化奠定了理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》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(xué)及生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面取得了一系列研究進(jìn)展，如利用稀土摻雜NaYF4和KGdF4納米熒光探針，結(jié)合時(shí)間分辨檢測技術(shù)，實(shí)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(xì)胞的靶向生物成像（J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 15083）。另外，該小組近期應(yīng)邀在Nanoscale發(fā)表關(guān)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）。