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第1章 绪论&刘志伟，卞祖强，黄春辉（北京大学化学与分子工程学院）1

1.1 稀土元素简介2

1.1.1 稀土元素的概念2

1.1.2 稀土元素的电子结构2

1.1.3 稀土元素的价态3

1.1.4 稀土元素的化学键5

1.1.5 稀土元素的半径6

1.2 稀土化合物的性质8

1.2.1 稀土化合物的发光性质8

1.2.2 稀土化合物的磁学性质12

1.3 稀土化合物纳米材料及其应用17

1.3.1 稀土有机－无机杂化发光纳米材料17

1.3.2 白光LED稀土发光材料18

1.3.3 稀土上转换发光纳米材料19

1.3.4 稀土单分子磁体20

1.3.5 稀土巨磁电阻材料21

1.3.6 稀土催化材料22

1.3.7 稀土电化学能源材料23

参考文献24

第2章 稀土有机－无机杂化发光纳米材料&李焕荣，李志强，张洪杰（河北工业大学化工学院，中国科学院长春应用化学研究所）27

2.1 概述28

2.1.1 稀土离子的光谱性质28

2.1.2 有机－无机杂化材料的特点33

2.1.3 有机－无机杂化材料的分类34

2.1.4 稀土有机－无机杂化材料研究的发展历程35

2.2 稀土有机－无机凝胶杂化发光材料36

2.3 稀土有机－无机微孔杂化发光材料39

2.4 稀土有机－无机介孔杂化发光材料49

2.5 稀土有机－无机高分子杂化发光材料54

2.5.1 单一体系54

2.5.2 复合体系56

2.6 稀土有机－无机多功能杂化材料58

2.7 其他稀土有机－无机杂化发光材料59

2.7.1 稀土配合物插层发光材料60

2.7.2 稀土配合物－离子液体杂化发光材料63

参考文献65

第3章 白光LED稀土发光材料&尤洪鹏（中国科学院长春应用化学研究所）73

3.1 概述74

3.1.1 白光LED的发光原理75

3.1.2 白光LED稀土发光材料的特性77

3.2 铝酸盐体系发光材料79

3.2.1 YAG:Ce3＋系列发光材料79

3.2.2 Sr3AlO4F:RE（RE＝Eu，Tb，Er，Tm，Ce）系列发光材料81

3.2.3 LaSr2AlO5:Ce3＋黄色发光材料83

3.2.4 BaAl2O4:Eu2＋黄色发光材料84

3.3 硅酸盐体系发光材料86

3.3.1 Li2SrSiO4:Eu2＋发光材料88

3.3.2 Ca3Sc2Si3O12:Ce3＋发光材料89

3.3.3 （Ca，Sr）7（SiO3）6Cl2:Eu2＋发光材料90

3.3.4 K2Ba7Si16O40:Eu2＋发光材料91

3.4 磷酸盐体系发光材料93

3.4.1 稀土掺杂的ABPO495

3.4.2 Sr3GdNa（PO4）3F:Eu2＋，Mn2＋97

3.4.3 Ba3LaNa（PO4）3F:Eu2＋，Tb3＋98

3.5 氮（氧）化物发光材料99

3.5.1 SrAlSi4N7:Eu2＋发光材料102

3.5.2 M［LiAl3N4］:Eu2＋（M＝Sr，Ca）发光材料103

3.5.3 （Ca，Sr）［Mg3SiN4］:RE发光材料105

3.6 白光LED稀土发光材料的应用107

3.6.1 Ce3＋激活的稀土石榴石基发光材料107

3.6.2 Eu2＋激活的碱土硅酸盐发光材料109

3.6.3 Eu2＋激活的氮化物发光材料110

3.6.4 Eu2＋激活的氮氧化物发光材料115

参考文献119

第4章 稀土上转换发光纳米材料&李富友（复旦大学化学系）133

4.1 概述134

4.1.1 稀土上转换发光纳米材料的几种上转换发光机制134

4.1.2 稀土上转换发光纳米材料的组成137

4.1.3 影响上转换发光效率的因素139

4.1.4 影响上转换发射颜色的因素140

4.2 稀土上转换发光纳米材料的制备方法143

4.2.1 水热／高沸点溶剂热法143

4.2.2 高温热分解法144

4.2.3 其他方法144

4.3 稀土上转换发光纳米材料的表面修饰145

4.3.1 两步法合成亲水的稀土上转换发光纳米材料145

4.3.2 一步法合成亲水的稀土上转换发光纳米材料148

4.3.3 稀土上转换发光纳米材料的表面功能化149

4.4 稀土上转换发光纳米材料在生物医学领域的应用151

4.4.1 在分子检测中的应用151

4.4.2 在细胞和活体荧光成像上的应用152

参考文献164

第5章 场发射显示器用稀土发光材料&林君，程子泳（中国科学院长春应用化学研究所）171

5.1 概述172

5.1.1 场发射显示器的工作原理及研究进展173

5.1.2 场发射显示对发光材料的要求175

5.1.3 FED常用的发光材料176

5.2 FED用发光材料的合成177

5.2.1 Pechini溶胶－凝胶法178

5.2.2 沉淀法180

5.2.3 水热／溶剂热法182

5.2.4 静电纺丝法185

5.2.5 喷雾热解法187

5.2.6 构建核壳结构188

5.3 FED用发光材料的性能调控与优化190

5.3.1 材料组分的优化190

5.3.2 导电性的提高193

5.3.3 稳定性的提高208

5.4 薄膜和图案化FED发光材料210

5.4.1 软石印技术211

5.4.2 喷墨打印法214

5.5 总结与展望217

参考文献217

第6章 稀土单分子磁性材料&唐金魁，张鹏，王炳武，高松（中国科学院长春应用化学研究所，北京大学化学与分子工程学院）223

6.1 单分子磁体的理论基础226

6.1.1 弛豫动态学226

6.1.2 各向异性能垒232

6.2 稀土单分子磁体235

6.2.1 镧系离子的磁学性质236

6.2.2 静电排斥模型238

6.2.3 理论计算240

6.2.4 先进实验测试方法241

6.3 稀土单离子分子磁体247

6.3.1 量子隧穿248

6.3.2 双酞菁夹心稀土单离子分子磁体249

6.3.3 多酸类稀土单离子分子磁体251

6.3.4 β－二酮类单离子分子磁体252

6.3.5 金属有机类单离子分子磁体254

6.4 双核稀土单分子磁体256

6.4.1 N3－2自由基桥联的双核稀土单分子磁体257

6.4.2 源于酰腙配体的不对称双核稀土单分子磁体258

6.4.3 各向异性磁相互作用258

6.4.4 桥联配体的选择260

6.5 多核稀土单分子磁体262

6.5.1 单分子磁环（SMT）262

6.5.2 高能垒多核稀土单分子磁体265

参考文献267

第7章 稀土巨磁电阻材料&孟健，刘孝娟（中国科学院长春应用化学研究所）277

7.1 巨磁电阻效应278

7.2 稀土在设计半金属性（half-metal）巨磁电阻材料中的特殊应用279

7.3 HM稀土巨磁电阻材料的计算机理论模拟280

7.3.1 密度泛函理论概述280

7.3.2 LDA＋U及GGA＋U法284

7.3.3 稀土诱导的半金属性质及其对磁性的微调谐285

7.3.4 稀土对扩展超交换磁耦合强度的微调谐288

7.3.5 外延应力对HM稀土巨磁电阻材料的性能影响290

7.4 稀土在巨磁电阻材料中应用的实验研究293

7.4.1 阳离子有序度的微调控293

7.4.2 阳离子有序度对磁耦合性能的影响299

7.5 稀土对磁介电材料结构及电性能的影响301

7.5.1 稀土离子镧系收缩对晶体结构和磁性质的影响301

7.5.2 稀土镧系收缩对介电性能的影响305

参考文献307

第8章 稀土陶瓷材料&施伟东，宋术岩（江苏大学化学化工学院，中国科学院长春应用化学研究所）313

8.1 稀土在陶瓷中的作用机理314

8.2 稀土改性超导陶瓷316

8.3 稀土改性压电陶瓷318

8.4 稀土改性导电陶瓷319

8.5 稀土改性介电陶瓷320

8.6 稀土改性敏感陶瓷321

8.7 稀土改性透明陶瓷323

8.8 稀土陶瓷在其他方面的应用325

参考文献326

第9章 稀土催化材料&宋卫国，曹昌燕（中国科学院化学研究所）329

9.1 稀土元素在催化剂中的作用机理330

9.2 稀土催化剂在工业废气净化中的应用332

9.2.1 稀土催化剂在烟气脱硫、脱硝中的应用333

9.2.2 稀土催化材料在工业 废气和人居环境净化中的应用334

9.3 稀土催化剂在汽车尾气净化中的应用338

9.3.1 储放氧材料339

9.3.2 碳氢低温起燃催化剂339

9.3.3 碳烟氧化催化剂340

9.3.4 NH3-SCR催化材料341

9.4 稀土催化剂在光催化环境净化中的应用342

9.4.1 在气相污染物光催化净化中的应用343

9.4.2 在光催化氧化水体中有机污染物中的应用345

9.4.3 在灭菌杀毒中的应用346

参考文献347

第10章 稀土电化学能源材料&林静，梁飞，王立民，常志文，张新波（中国科学院长春应用化学研究所）353

10.1 稀土纳米材料在镍氢电池中的应用354

10.1.1 镍氢电池的工作原理354

10.1.2 稀土纳米材料在镍氢电池负极材料中的应用355

10.1.3 镍氢电池负极材料的回收356

10.2 稀土纳米材料在锂电池中的应用358

10.2.1 锂离子电池的工作原理358

10.2.2 稀土掺杂在锂离子电池电极材料中的应用359

10.2.3 稀土纳米材料在锂－空气电池中的应用360

10.3 稀土纳米材料在固体氧化物燃料电池中的应用365

10.3.1 固体氧化物燃料电池的工作原理365

10.3.2 稀土在电解质材料中的应用366

10.3.3 稀土在阴极材料中的应用367

10.3.4 稀土在阳极材料中的应用368

10.3.5 稀土在连接材料中的应用368

10.4 稀土纳米材料在超级电容器中的应用368

参考文献371

索引375