前言

稀土元素因具有独特的4f电子构型、大的原子磁矩、强的自旋-轨道耦合等特点，在光、电、磁和催化等领域展现出优异的性能，不仅广泛用于冶金、石油化工、玻璃陶瓷等传统产业，更是清洁能源、新能源汽车、半导体照明、新型显示、生物医药等新兴高科技产业和国防尖端技术领域不可或缺的关键材料，在国际上被誉为高新技术材料的“宝库”。我国是世界上稀土资源最丰富的国家，而且矿种齐全，开展稀土研究与应用具有得天独厚的条件。目前我国已建立了完整的稀土采、选、冶、用的工业体系，特别是在稀土发光与激光材料、稀土磁性材料、稀土催化材料、稀土陶瓷材料、稀土能源材料及稀土轻合金材料等一批新型功能材料研发与应用方面，已经取得了长足的进步。稀土功能材料的应用不仅极大地改造和提升了传统产业，而且对开发高新技术、发展新兴产业起着关键性的作用，因此进一步研究和开发新型、高性能、具有自主产权的高附加值稀土功能材料，对我国的现代工业和国防尖端技术的发展具有极其重要的战略意义。

纳米科学是一门探索微观世界的新兴学科，它最初的设想源于诺贝尔物理学奖获得者费曼（R. P. Feynman）1959年在美国加州理工大学的一次著名演讲。随着微观表征技术的发明和发展，纳米科学得到了飞速的发展，已经成为世界范围内的研究热点。纳米材料因其独特的物理和化学性质，例如小尺寸效应、宏观量子隧道效应、表面和界面效应等，在光学、电学、磁学、催化、传感和生物医学等方面都具有广阔的应用前景。将纳米材料特有的物理和化学性质与稀土元素独特的4f电子层构型相结合，使稀土纳米材料增加了许多新颖的性质，展现出不同于传统材料的更加优异的性能，发挥出更大的潜能，并为稀土资源的利用开辟了新的途径，进一步扩展了其在尖端技术、高科技制造、国防军工等领域的应用范围。

编写本书的宗旨是试图以稀土元素独特的电子结构及其相关特征为基础，以光、磁、电、催化功能为导向，以应用为目标，比较系统、全面地介绍稀土纳米材料研究与应用的现状、存在的问题以及未来的发展方向，以引导稀土纳米材料的基础研究与应用向纵深发展。

本书共分10章，第1章概述了稀土元素的特点和性质，以及稀土纳米材料在光、电、磁、催化等领域的应用。第2章介绍了稀土有机-无机杂化发光纳米材料特点、分类、设计、制备方法及其光学性质。第3章从白光LED的应用角度综述了铝酸盐体系、硅酸盐体系、磷酸盐体系、氮（氧）化物体系和白光LED稀土材料的研究进展及应用。第4章主要介绍了稀土上转换发光纳米材料的几种上转换发光机制、组成、制备及表面功能化的方法，并进一步结合生物成像应用实例，介绍了稀土上转换发光纳米材料在生物医学领域的应用。第5章首先介绍了场发射显示器的原理及应用，根据FED对发光材料的要求，从应用的角度详细地介绍了稀土FED发光材料的制备方法、性能的调控与优化以及薄膜和图案化FED的制备技术。第6章首先介绍了单分子磁体的基本知识，然后详细介绍了稀土单分子磁性材料的研究进展，包括稀土单分子磁体、稀土单离子分子磁体、双核稀土单分子磁体以及多核稀土单分子磁体。第7章主要从计算机理论模拟和实验研究两方面介绍了稀土在半金属性巨磁电阻材料中的应用，以及对磁介电材料结构及电性能的影响。第8章首先介绍了稀土在陶瓷中的作用机理，然后详细介绍了稀土对超导陶瓷、压电陶瓷、导电陶瓷、介电陶瓷和敏感陶瓷等功能陶瓷的改性作用。第9章首先介绍了稀土元素在催化剂中的作用机理，然后重点介绍了稀土催化材料在工业废气、汽车尾气和光催化环境净化等方面的研究进展。第10章从稀土纳米材料在电化学能源中的应用角度详细综述了其在镍氢电池、锂电池、固体氧化物燃料电池和超级电容器中的应用研究进展。

本书是一本阐述稀土纳米材料原理和技术的专著，全面和系统地介绍了稀土纳米材料的相关知识，及其在光、磁、电、催化等领域的应用。本书对从事稀土纳米材料事业的人员，尤其对从事稀土纳米材料的研究及应用的人员有很好的参考价值，也可作为大专院校、科研院所纳米材料专业师生的参考书。

随着我国稀土基础和应用研究的不断深入和发展，更多的新观点、新材料和新应用将不断地涌现。但总的来说，稀土纳米材料的研究和应用尚在发展之中，很多方面还有待深入的研究。受编著者知识面和专业水平所限，书中难免有不足之处，恳请各位专家学者和广大读者批评指正。

在编写本书的过程中，参加编写的各位专家密切合作，宋术岩研究员做了大量细致而卓有成效的工作，并得到化学工业出版社的大力支持，在此，我们谨表示衷心的感谢。

张洪杰

中国科学院长春应用化学研究所

稀土资源利用国家重点实验室