国产稀土纳米材料研发让资源不再“白菜价”外销
我国虽是稀土大国，但应用基础研究严重滞后，“工业味精”只能像土豆、白菜一样廉价。自1995年起，北京大学严纯华团队经过15年持续攻关，建立了可控制备稀土纳米功能材料的方法，为我国稀土资源的高效、高值化利用开辟了新途径；其研究课题“稀土纳米功能材料的可控合成、组装及构效研究”，荣获2011年度国家自然科学二等奖。
严纯华教授，长江学者特聘教授，中科院新科院士，北京大学稀土材料化学及应用国家重点实验室主任，多年来在稀土分离、稀土功能材料应用等方面进行了系统而深入的创新性研究，为我国稀土提取和分离技术跻身世界领先水平做出了突出贡献。
在北大化学系办公室，他用通俗的语言向记者进行科普：所谓纳米就是十亿分之一米，其长度相当于人类头发直径的八万分之一。当一种材料的尺寸变小，小到只有纳米长度的时候，它会呈现出很多奇异的特征，这就是纳米科学的微妙之处。
“在纳米尺度下，材料的性质受到表面状态的影响非常大。”他打了个比方：一块完整的砖头，它的性质与内部结构有关，而与表面关系不大；当把砖头研磨成十亿分之一米大小的碎片，使表面的原子和内部原子数量可比时，这时表面的性质就活跃起来了。“因此，在纳米尺度下控制表面和形貌，往往能够带来性质上的巨大变化。”
严纯华的稀土纳米功能材料研究，正是基于这样的原理。从1995年开始，他带领的团队建立了一系列合成方法，能够可控地制备具有纳米结构的稀土材料，并且有效地控制它们的尺寸、形貌和表面。“我们可以把稀土材料做成球体的、立方体的、三角片的，等等。”
把纳米材料做小并不难，难的是做得小而均匀。严纯华等所创造的合成方法，其关键之处就在于把稀土化合物合成为具有特定形貌、尺寸和结构的“单分散”的纳米结构材料。所谓“单分散”，就是均匀。化学界有一句口头禅：结构决定性质。在新的尺度下，将稀土材料制成尺寸均一的材料，使过去不稳定的结构加以稳定，这样就能产生或发现新的性质。
“实验发现，针对不同体系，不同的化合物总会呈现出新性质，这就大大拓宽了稀土化合物的作用和使用范围。”严纯华说，目前该项研究已经可以应用到生物成像、能量转化和环保等领域。
水往低处流，能量的转化也遵循同样原理。“能量总是从高向低运行，因此在稀土发光材料中，通常都是吸收高能量的紫外线，发出低能量的可见光。”严纯华等充分利用稀土氟化物具有的优异上转换发光性质，可控地制备了单分散纳米材料，从而有效地实现了让能量从低向高转化——吸收两个或两个以上低能量的红外光子，高效率地发出相对高能量的可见光。“红外影像技术在生物监测中具有特殊的优越性，它对生物体的穿透力更强，更安全。”上转换稀土纳米荧光材料，在近红外光激发下，可发出蓝、绿、红光，可广泛应用于激光器件、癌症诊断与治疗等领域。
在强化物质转化和环保方面，以纳米结构氧化铈为典型的稀土化合物具有较大的表面积，从而有效提高了催化效率。同时，这种材料还可制备出大小均匀的孔道，有可能实现更加优越的选择性催化。严纯华团队制备的有序介孔铈基复合催化剂，能在较低温度实现有毒的一氧化碳气体向无毒的二氧化碳气体的完全转化，因而有可能为实现汽车尾气的低成本、洁净排放提供新型材料。
如果从1982年算起，严纯华已在稀土研究领域耕耘了30年。他说，基础研究是神奇的，稀土家族的17个元素，每个都具有自然赋予的独特性质；基础研究也是艰苦的，必然要面临各种各样的困难。“在稀土领域，我们了解了一些，但不了解的更多。”严纯华说，“只有保持学习的心，才能继续往前走。”
采访结束，严纯华诚恳地说：“这个历时15年的研究完全是集体奉献的结果，团队中的每一位师生都付出了心血。”
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