國(guó)產(chǎn)稀土納米材料研發(fā)讓資源不再“白菜價(jià)”外銷(xiāo)
我國(guó)雖是稀土大國(guó)，但應(yīng)用基礎(chǔ)研究嚴(yán)重滯后，“工業(yè)味精”只能像土豆、白菜一樣廉價(jià)。自1995年起，北京大學(xué)嚴(yán)純?nèi)A團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)15年持續(xù)攻關(guān)，建立了可控制備稀土納米功能材料的方法，為我國(guó)稀土資源的高效、高值化利用開(kāi)辟了新途徑；其研究課題“稀土納米功能材料的可控合成、組裝及構(gòu)效研究”，榮獲2011年度國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)。
嚴(yán)純?nèi)A教授，長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授，中科院新科院士，北京大學(xué)稀土材料化學(xué)及應(yīng)用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任，多年來(lái)在稀土分離、稀土功能材料應(yīng)用等方面進(jìn)行了系統(tǒng)而深入的創(chuàng)新性研究，為我國(guó)稀土提取和分離技術(shù)躋身世界領(lǐng)先水平做出了突出貢獻(xiàn)。
在北大化學(xué)系辦公室，他用通俗的語(yǔ)言向記者進(jìn)行科普：所謂納米就是十億分之一米，其長(zhǎng)度相當(dāng)于人類(lèi)頭發(fā)直徑的八萬(wàn)分之一。當(dāng)一種材料的尺寸變小，小到只有納米長(zhǎng)度的時(shí)候，它會(huì)呈現(xiàn)出很多奇異的特征，這就是納米科學(xué)的微妙之處。
“在納米尺度下，材料的性質(zhì)受到表面狀態(tài)的影響非常大�！彼蛄藗�(gè)比方：一塊完整的磚頭，它的性質(zhì)與內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，而與表面關(guān)系不大；當(dāng)把磚頭研磨成十億分之一米大小的碎片，使表面的原子和內(nèi)部原子數(shù)量可比時(shí)，這時(shí)表面的性質(zhì)就活躍起來(lái)了�！耙虼�，在納米尺度下控制表面和形貌，往往能夠帶來(lái)性質(zhì)上的巨大變化�！�
嚴(yán)純?nèi)A的稀土納米功能材料研究，正是基于這樣的原理。從1995年開(kāi)始，他帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)建立了一系列合成方法，能夠可控地制備具有納米結(jié)構(gòu)的稀土材料，并且有效地控制它們的尺寸、形貌和表面。“我們可以把稀土材料做成球體的、立方體的、三角片的，等等。”
把納米材料做小并不難，難的是做得小而均勻。嚴(yán)純?nèi)A等所創(chuàng)造的合成方法，其關(guān)鍵之處就在于把稀土化合物合成為具有特定形貌、尺寸和結(jié)構(gòu)的“單分散”的納米結(jié)構(gòu)材料。所謂“單分散”，就是均勻�；瘜W(xué)界有一句口頭禪：結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)。在新的尺度下，將稀土材料制成尺寸均一的材料，使過(guò)去不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)加以穩(wěn)定，這樣就能產(chǎn)生或發(fā)現(xiàn)新的性質(zhì)。
“實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，針對(duì)不同體系，不同的化合物總會(huì)呈現(xiàn)出新性質(zhì)，這就大大拓寬了稀土化合物的作用和使用范圍�！眹�(yán)純?nèi)A說(shuō)，目前該項(xiàng)研究已經(jīng)可以應(yīng)用到生物成像、能量轉(zhuǎn)化和環(huán)保等領(lǐng)域。
水往低處流，能量的轉(zhuǎn)化也遵循同樣原理�！澳芰靠偸菑母呦虻瓦\(yùn)行，因此在稀土發(fā)光材料中，通常都是吸收高能量的紫外線，發(fā)出低能量的可見(jiàn)光�！眹�(yán)純?nèi)A等充分利用稀土氟化物具有的優(yōu)異上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)，可控地制備了單分散納米材料，從而有效地實(shí)現(xiàn)了讓能量從低向高轉(zhuǎn)化——吸收兩個(gè)或兩個(gè)以上低能量的紅外光子，高效率地發(fā)出相對(duì)高能量的可見(jiàn)光�！凹t外影像技術(shù)在生物監(jiān)測(cè)中具有特殊的優(yōu)越性，它對(duì)生物體的穿透力更強(qiáng)，更安全�！鄙限D(zhuǎn)換稀土納米熒光材料，在近紅外光激發(fā)下，可發(fā)出藍(lán)、綠、紅光，可廣泛應(yīng)用于激光器件、癌癥診斷與治療等領(lǐng)域。
在強(qiáng)化物質(zhì)轉(zhuǎn)化和環(huán)保方面，以納米結(jié)構(gòu)氧化鈰為典型的稀土化合物具有較大的表面積，從而有效提高了催化效率。同時(shí)，這種材料還可制備出大小均勻的孔道，有可能實(shí)現(xiàn)更加優(yōu)越的選擇性催化。嚴(yán)純?nèi)A團(tuán)隊(duì)制備的有序介孔鈰基復(fù)合催化劑，能在較低溫度實(shí)現(xiàn)有毒的一氧化碳?xì)怏w向無(wú)毒的二氧化碳?xì)怏w的完全轉(zhuǎn)化，因而有可能為實(shí)現(xiàn)汽車(chē)尾氣的低成本、潔凈排放提供新型材料。
如果從1982年算起，嚴(yán)純?nèi)A已在稀土研究領(lǐng)域耕耘了30年。他說(shuō)，基礎(chǔ)研究是神奇的，稀土家族的17個(gè)元素，每個(gè)都具有自然賦予的獨(dú)特性質(zhì)；基礎(chǔ)研究也是艱苦的，必然要面臨各種各樣的困難�！霸谙⊥令I(lǐng)域，我們了解了一些，但不了解的更多�！眹�(yán)純?nèi)A說(shuō)，“只有保持學(xué)習(xí)的心，才能繼續(xù)往前走�！�
采訪結(jié)束，嚴(yán)純?nèi)A誠(chéng)懇地說(shuō)：“這個(gè)歷時(shí)15年的研究完全是集體奉獻(xiàn)的結(jié)果，團(tuán)隊(duì)中的每一位師生都付出了心血。”
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