三价稀土离子(Ln3+)具有独特的电子构型[Xe]4fn (n = 0-14)和众多的能级，使稀土发光材料在从紫外(UV)到近红外(NIR)的广泛光谱范围内具有许多迷人的光学特性;这些包括可调谐的类原子激发/发射光谱，大的斯托克斯/反斯托克斯位移，长发光寿命和优良的发光稳定性。
20世纪60年代，由于提纯技术的突破，稀土发光材料作为最初的荧光粉被成功地应用于灯具和阴极射线管中。此后，随着稀土发光材料的研究不断取得重要进展，应用范围不断扩大。
如今，稀土发光材料几乎应用在光子学和光电子学的每一个方面，例如照明、显示、光信息存储、节能和生物医学。近年来，稀土发光材料的蓬勃发展促使我们编纂了这一专集，及时总结最新进展，为稀土发光材料的进一步发展提供参考。本期特刊收录了一系列前沿、高质量的原创研究报告和及时的权威综述，主要涉及镧系离子掺杂荧光材料、长余辉发光材料、镧系离子掺杂上转换材料、稀土发光配合物、稀土相关钙钛矿材料及其在照明、显示、信息存储、传感、生物成像/治疗等方面的应用。
在发光二极管(LED)的应用中，需要发光量子产率高、稳定性好、发光光谱从可见(Vis)到近红外(NIR)范围宽的稀土发光材料。Zhang和同事将Cr3+Yb3+离子对掺杂到Lu0.2Sc0.8BO3基质材料中，实现了短波红外(SWIR)发射。SWIR荧光粉Lu0.2Sc0.8BO3:Cr3+, Yb3 +具有高的发光效率和良好的热稳定性，使所制备的SWIR LED具有良好的性能特点。他们进一步探索了在无损检测、化学分析、防伪和夜视照明方面的应用。Jin和同事们发现，Cs2AgInCl6与Ln3+掺杂诱导的额外发光通道的自困激子(STE)组合，导致无铅卤化物双钙钛矿(DPs)的可见光-近红外(400-2000 nm)超波段发射。与报道的超宽带光源相比，所制备的LED具有成本低、结构紧凑、光学性能优异和长期稳定性好等特点，在无损光谱分析和多功能照明方面具有广阔的应用前景。除了传统的直流电驱动LED (DC)外，交流电发光二极管(AC - LED)由于其体积更小、生产价格更低、能源利用效率更高和使用寿命更长而引起了人们的极大兴趣。
为了实现调光期间的白光发射，Yuan和同事们开发了一种很有前途的策略，在商用橙红色的PersL荧光粉上添加一种蓝光激发的蓝色长余辉发光(PersL)荧光粉，用于制造AC-LED灯。在调光期间观察到强烈的白色PersL发射，闪烁百分比大幅减少。
基于温度相关光谱性质的光学温度计具有灵敏度高、使用方便、响应速度快、远端非接触式等特点，受到越来越多的关注。然而，传统的发光材料在UV/Vis光激发下往往会产生背景荧光干扰。镧系掺杂的无机上转换纳米颗粒(UCNPs)可被近红外光源激发，被认为是一种很有前途的替代材料，可以避开背景荧光和杂散光。在本期特刊中，An和他的同事们报道了一种无需模板，一步合成中空结构UCNPs的新方法。这些中空的UCNPs可以在较宽的温度范围内充当稳定的自标定比率发光温度计。除了探索新的发光探针外，在相关数据处理方法方面也取得了进展。Ximendes和他的同事在分析镧掺杂纳米温度计的发射光谱时证明了降维(DR)的能力。获得了更高的热分辨率，这可能构成了发光测温领域的范式转变，特别是因为它表明了该方法适用于稀土发光材料和半导体纳米晶体，如Ag2S。
发光生物检测是稀土发光材料的另一个重要应用领域。典型的例子是UCNPs，其中Förster共振能量转移(FRET)是采用的流行机制之一。Kotulska和同事阐述了UCNPs的核-壳组成结构以及光激发模式对UCNPs到Rose Bengal (RB)实现UC-FRET的影响。他们发现，短脉冲激发和上升时间测量提供了高灵敏度的检测，强调了UCNP组成结构对供体的重要性，用于改善基于UC-LRET的检测的稳态发光强度或动力学响应。
稀土发光配合物得益于其显著的发光特性和理论上100%的内量子效率，在近三十年来被广泛应用于电致发光领域。
有机发光二极管(oled)就是一个典型的例子。Li和同事们概述了近年来在oled 中使用稀土发光复合物的进展。本文介绍了稀土配合物的发光特性及其电致发光机理，重点介绍了稀土配合物作为致敏剂在oled中的创新应用，包括致敏机理和稀土配合物致敏oled的发展。
进入21世纪，稀土发光材料的纳米研究开始迅速展开。其中一个领域就是光信息存储。Xie和他的同事们制备了一种全新的由UCNPs和EuSe半导体组成的光存储介质，其发射光谱与激发波长有关。采用时间门控技术对长寿命上转换发射进行滤波，进一步拓展了纳米复合材料发射颜色调制的可能性。基于多色可调谐发光光谱，纳米复合材料作为光模块加载光信息。此外，近十年来，稀土掺杂发光晶体在量子信息处理方面的应用借助电子核超精细水平迈出了一大步，对晶体中的超精细和超精细相互作用、同位素效应、非均匀线形状和随机晶格应变等信息至关重要。Boldyrev及其同事利用低温高分辨傅里叶光谱和一种特殊的发光检测技术，利用LiYF4:Ho单晶的光致发光光谱和磁场中超细能级的反交叉，首次直接观测到高分辨超细结构。这一结果强调了为低温工作的量子存储设备创建磁场传感器的可能性，以及评估用于量子信息设备的晶体中的随机晶格变形。
稀土发光材料由于其独特的光学性质、优越的磁性和高的X射线吸收系数，在生物医学特别是疾病的诊断和治疗方面也显示出了应用潜力。例如，稀土近红外发光材料和UCNPs被认为是潜在的诊断和治疗脑部疾病的医疗治疗平台，因为近红外光线可以穿透颅骨。其中一个挑战是，由于受到血脑屏障(BBB)的保护，大多数药物和造影剂无法到达病变并在病变中积累。在本期特刊中，Lv和同事探索了一种Nd3+掺杂的YVO4纳米除氧剂，该除氧剂具有良好的血脑屏障通透性，可用于原位胶质瘤的双模成像和声动力治疗(SDT) 。纳米异溶剂用于第二光学窗口(NIR-II)的高灵敏度和高分辨率成像。
MnO2壳层的作用有两方面:一方面催化H2O2解体释放O2，从而改善SDT治疗，另一方面释放Mn2+用于肿瘤微环境响应的T1加权磁共振成像(MRI)。为了强调稀土基材料在脑成像、治疗、监测和神经调节方面的合理设计和应用，Wei等人综述了稀土基材料在脑疾病治疗研究中的最新进展。这篇文章综述了稀土材料在功能设计、结构控制和性能提升等方面的研究进展，提出了稀土材料临床应用的前景和挑战，并指出稀土材料在生物医学研究方面仍有很大的应用空间。
将UCNPs与其他功能材料结合构建纳米复合材料并实现协同效应是强化和拓展稀土发光材料应用的重要策略。杜和同事们提供了基于ucnp的纳米复合材料的各种设计的全面概述，并概述了不同方法的优点和缺点，并列举了许多具有指导性的例子，涉及生物成像、癌症治疗、防伪和光催化领域的新兴应用。
总之，本专题重点介绍了稀土发光材料的设计、制备方法及其在照明、显示、传感、光信息存储、生物医学等方面的应用。我们希望通过这张专辑，鼓励更多的科学家进入具有广泛应用前景的稀土发光材料领域，启发科学家开发新的应用，加快稀土发光材料的发展。最后，我们要感谢所有作者和审稿人的优秀贡献和批判性评论。
Light: Science & Applications (2022)
https://doi.org/10.1038/s41377-022-00956-9
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