稀土（RE）元素以其丰富的4f电子组态被广泛应用于发光和磁场领域。然而，单组分RE材料的整体性能和水溶液稳定性亟待提高，以满足多功能应用的要求。碳纳米点（CNDs）是一种性能优良的纳米载体，具有丰富的表面官能团、优异的亲水性、独特的光致发光（PL）和可调谐特性。因此，RE–CND杂化材料结合了RE和CNDs的优点，极大地提高了它们的发光和磁光成像性能等综合性能，具有广阔的应用前景。
有鉴于此，南开大学杜亚平教授，翟欣昀，香港理工大学黄勃龙教授综述了近十年来RE-CND杂化纳米材料的最新研究进展，并对RE-CND杂化纳米材料的基本机理、设计策略和不同的应用方向进行了系统的总结。
文章要点
1）作者总结了RE-CND杂化材料的相互作用机制，包括：RE-CNDs发光机理（光学性质，能量传递机制）和RE-CND的磁-光机理（MRI和造影剂，用于造影剂的Gd–CNDs）。
2）迄今为止，人们已经开发出不同策略来合成具有多种功能的RE-CND，这在很大程度上影响RE-CND的性质和应用。作者分别总结和阐明了发光和磁性RE-CND的合成策略和各种组合模式。
3）RE-CND杂化纳米材料中RE3+和CND的独特光学性质可实现多种发光性能，例如改善的发射强度，双模发光和可控制的发射颜色。作者重点总结了发光RE–CND杂化材料的两个主要应用：发光磷光体和荧光传感探针。此外还总结了一些其他应用（防伪和生物成像）。
4）作者总结了多功能磁光RE-CND的应用，包括：i）由于Gd3+优异的MRI特性和亲水性CNDs优异的发光特性，Gd-CNDs是一种非常理想的双模式成像平台，既能提供高的弛豫系数，又能提供很强的光荧光。因此，Gd-CNDs结合了MRI的高荧光灵敏度和优异的时空分辨率，这是单个组件无法实现的；ii）基于Gd-CND的超小型刚性平台为MRI引导的放射治疗提供了精确的定位和准确的解剖和病理生理信息，并实现了增强的放射增敏，表明其在未来临床应用的综合诊疗方面具有巨大的潜力。
5）作者最后概述了新开发的RE-CNDs杂化材料目前面临的挑战和未来关于跨学科研究的几个发展机会，涉及生物医学、组织工程、能源和催化。
Mengzhen Zhang, et al, When rare earth meets carbon nanodots: mechanisms, applications and outlook, Chem Soc Rev, 2020
DOI: 10.1039/d0cs00462f
https://doi.org/10.1039/d0cs00462f
