当指尖滑过手机屏幕，当作物俯首于农膜成长，当新能源汽车驶过大街小巷，当战斗机轰鸣着冲上云霄……小到细枝末节的生活场景，大到技术革命的兴起与国之重器的亮相，这些看似毫不相关的场景，实际上却在由同一类“元素密码”驱动——稀土。

稀土，并非字面意义上的土壤，而是对17种具有独特物理和化学性质的元素统称。作为重要的战略资源，稀土广泛应用于社会多个领域，尤其在高科技产业、国防工业和绿色能源转型领域具有不可替代作用。在日趋激烈的国际竞争中，稀土是大国战略资源博弈的关键点，实现精准操控稀土元素，也意味着能在国际竞争中获得更多的科技话语权。近期，南京大学化学化工学院黄硕课题组利用纳米孔技术实现了对所有稀土的同时区分，这一重要成果突破了传统稀土元素的分辨形式，对稀土鉴定技术的革新和稀土产业发展皆提供了重要灵感。

“2022年5月，我们课题组开始尝试用纳米孔技术捕捉、分析金属离子，将元素周期表内相邻的稀土元素作为研究对象，很快我们发现所有稀土元素都可以被同一种工程纳米孔检测到。”黄硕办公室的矮桌上，除了各种学术材料和学生论文，还有一盒放大后的圆锥状纳米孔模型。“纳米孔具有强大的检测能力，相当于无数个灵敏的信号传感器。”黄硕形象地解释，当不同的金属离子通过孔道时，纳米孔就会化身为一个个化学抓手捕获到金属离子，在机器辅助下将化学特性转化为不同信号。“虽然稀土元素在化学性质上比较相似，但只要是不同的化学元素就会有差异，纳米孔恰恰就能精准地分辨出这些差异。”

后来，为了更精准地验证实验结果，课题组又针对稀土元素进行了大量的组合、拆分、对比实验。过程中，成员发现由于稀土元素性质过于相似，很多稀土元素往往难以产生差异明显的信号。成员们清楚地知道，如果纳米孔无法精准分辨出所有稀土元素，那么这个技术仍然不能算完全成功。

研究，到了该继续还是要放弃的分水岭。

“原创就是这样，别人没有做过，你不知道能不能成功，也不知道付出的努力会不会有回报。”黄硕回忆，就在课题组陷入实验“是去是留”的艰难抉择时，一次偶然的实验现象又把所有人的信心聚拢到一起。“我们发现，在溶液中多加入一个配体，稀土元素会和这两个配体同时发生反应，产生新的检测信号。原来孔道中的一个抓手变成了两个抓手，更精准地分辨出所有稀土元素。”

为佐证这一方法的准确性，课题组又将其应用到天然含有稀土元素的氟碳铈矿上。在机器学习的帮助下，成功识别出氟碳铈矿种含有的稀土种类，这一结果与传统的稀土元素分析仪器ICP-MS的分析结论一致。此外，该方法还能进一步确定目标稀土的含量，兼备定性和定量的能力。

经过大量近乎严苛的实验对比后，黄硕课题组完成了所有天然稀土元素的区分。至此，世界上第一个能完全分辨所有稀土的纳米孔诞生，填补了纳米孔传感领域的一项空白。

与传统的稀土元素分辨技术相比，纳米孔这一检测方法兼具成本低廉和高效快速的优势。黄硕告诉记者，市面上常见的稀土元素分析设备，通常都是按元素种类逐个检测分析，而应用了纳米孔技术后可以实现一次对不同元素的同步分析，相应的检测成本大大降低。在检测速度上也实现了分钟级，如果样品浓度足够高，只要10分钟左右就可以完成所有元素的区分。

“和传统检测设备相比，应用纳米孔技术的检测装置是手持式，非常轻便且对使用者的操作要求较低，不需要专业背景也能快速完成稀土元素的高精度识别，等于将高级别的检测能力浓缩在掌心。”目前课题组使用的手掌大小设备已经足够轻便，但黄硕已经在期待，随着科技进步，将来也许可以将纳米孔技术微缩成类似芯片的模块，插在手机和电脑端，科研人员拿着便捷又精准的仪器在世界任何地方，开展包括稀土在内的多种地质勘探应用和更多科学研究。

到那时候，每寸土地都可能成为科学发现的前沿，每粒尘土都可能成为揭示科技密码的钥匙，这也正是科技工作者用心血汗水淬炼出的火花在闪耀。

（相关图片由采访对象提供）

新华报业·中国江苏网记者喻婷