澳门壹号

搜索
智慧青科 旧版回顾 ENGLISH
澳门壹号概况
澳门壹号简介
澳门壹号章程
历史沿革
现任领导
历任领导
校园美景
科大地图
组织架构
学院设置
师资队伍
高层次人才
人才招聘
人才政策
博士后招聘
教育教学
重点学科
本专科教育
研究生教育
留澳门壹号教育
继续教育
科学研究
科研管理
科研平台
学术期刊
协同创新中心
博士后流动站
国家澳门壹号科技园
学团工作
研究生教育管理
本科生教育管理
学工管理系统
澳门壹号资助
心理中心
公寓中心
国防教育
科大青年
招生就业
本科生招生
研究生招生
继续教育招生
留澳门壹号招生
就业指导
创新创业教育
合作交流
国际交流合作
留学科大
校园文化
UIS
平安校园
新闻资讯
澳门壹号报
融媒体传播矩阵
青科映像
科大微视
校内直播
学术聚焦
当前位置: 首页 > 学术聚焦 > 正文

澳门壹号在新型有机金属卤化物晶体材料的设计生长及其光电应用方面取得系列进展

作者:居佃兴 来源:材料学院 责任编辑:于薛刚终审:于立岩 点击: 日期:2025-06-23

X射线成像技术在疾病诊断、安全检测等方面得到了广泛的应用。闪烁体是X射线成像技术的核心部件。过去几十年间,技术的进步催生了多种闪烁体的出现,包括无机闪烁体和有机闪烁体,它们已在X射线成像中得到成功应用。然而,这些闪烁体仍面临若干问题和局限性。多数无机闪烁体因成本高昂、生长温度高以及制备过程耗时而受到限制。相反,衰减时间较短的有机闪烁体虽然经济实惠,但因原子序数低、辐射发光弱,导致X射线吸收效率低,从而限制了其在该领域的更广泛应用。因此,开发高性能闪烁体材料的需求仍然十分紧迫。近年来,居佃兴副教授聚焦于新型有机金属卤化物晶体材料的设计生长及其光电应用,设计开发了多种高性能的晶体材料,取得了一系列进展。相关成果分别发表于Angewandte Chemie International Edition、Nano Energy、Chemical Engineering Journal、ACS Materials Letters、Small、Advanced Functional Materials等国际知名期刊。

1.在X射线闪烁体成像领域的研究工作

前期工作中,通过调控Mn2+的配位环境,制备兼具高稳定性和高效发光的Mn基钙钛矿材料,实现了高效的白光LED器件及高分辨率的X射线成像(图1a)应用。该工作为非铅卤化物钙钛矿材料在高端医疗成像领域的应用奠定了基础。(Adv. Funct. Mater., 2021, 31, 2009973,SCI引用260余次,相继被Materials Views China和中国照明网亮点报道,并成为ESI高被引论文。)为了进一步增加卤化物钙钛矿材料对X射线的吸收,减少多晶闪烁体薄膜的光学串扰等问题,团队创新性的引入多金属卤化物单元[SbCl5]2-,制备(C8H20N)4SbMnCl9单晶,实现了X射线吸收效率的大幅度提升,其最低探测极限低至60.79 nGyair s-1,成像分辨率高达13.5 lp/mm(图1b,Small, 2023, 20, 2305083)。上述X射线成像的研究多是基于闪烁体材料与聚合物结合制备的闪烁体薄膜,薄膜中有限的闪烁体发光材料不足以保证其高光产额。为此,团队制备了具有低熔点的Cu基金属卤化物晶体。利用其低熔点特性,制备大面积(~10 cm × 7 cm)熔体薄膜闪烁屏,在稳态X射线照射下,实现了9 lp/mm的成像分辨率,(图1c,ACS Materials Lett., 2023, 5, 11, 2978-2986)。为了解决晶界等缺陷引起的光散射问题,申请人设计生长英寸级、高稳定的金属卤化物单晶薄膜,并应用于X射线闪烁体成像,其分辨率高达25 lp/mm(图1d,Chem. Eng. J., 2024, 490, 151823)。进一步结合DFT理论计算,系统研究了目标材料的电子结构性质及发光机制。

2.设计制备的有机多金属卤化物晶体

上述研究多是基于Mn基、Sb基和Zr基等0D金属卤化物钙钛矿材料,较低的原子序数限制了闪烁体对X射线的吸收。在上述研究的基础上,初步将[SbCl5]2-和[BiCl5]2-等重金属卤化物多面体引入0D (C8H20N)2MnCl4单晶,获得了英寸级(C8H20N)4SbMnCl9和(C8H20N)4BiMnCl9单晶(图1a和2a),并实现了发光性质的有效调控(Small, 2024, 20, 2305083)。进一步扩展材料体系,合成了多种多金属集成的有机金属卤化物晶体,如图2b所示。相比于单金属晶体,多金属集成显著提升了有机金属卤化物晶体对X射线的吸收能力。团队进一步结合DFT计算,深入研究材料电子结构性质,结果表明多金属协同耦合能够有效调控材料的能级结构,实现电子转移。(Nano Energy, 2025, 135, 110684)。

图3.溶剂介导增强有机Cu(I)基卤化物的分子内电荷转移和辐射发光

有效的电荷转移对于提升有机金属卤化物材料的闪烁体发光性能具有重要意义。Cu(I)基金属卤化物因具有高的光致发光量子产率(PLQY)、低毒性、大的斯托克斯位移等优点而备受关注,在X射线闪烁体成像领域展现出巨大的应用优势。然而,它们的X射线发光效率主要取决于有机配体与金属簇中心电荷转移之间的竞争关系。如何调控其电荷转移路径以增强辐射发光是始终存在的挑战。

针对上述问题,近日居佃兴副教授联合机电学院李慧芳教授利用溶剂介导策略调节有机Cu(I)基卤化物的配位环境和分子内电荷转移,以实现可调的高效辐射发光(图3)。机理研究表明,有机Cu(I)基卤化物中的内核配位团簇能够有效地吸收X射线,从而产生电子-空穴对,并转移到有机配体中以增强发光。相反,无配体结构在激发时缺乏与有机配体相关的激发态,导致发光减弱。由于优化了金属-配体电荷转移动力学,使其发光效率提高了5倍,峰值PLQY达到82.14%。相应地,在X射线下的辐射发光显著提高,其光产额达到73881 photons/MeV (C12H28N4Cu2I2),分别约是标样LYSO和C6H18N2Cu2Br4的2.22倍和10倍,并表现出较好的光化学稳定性。基于C12H28N4Cu2I2闪烁体所制备的闪烁屏,其X射线成像分辨率达到9.7 lp/mm(厚度:30 μm),表现出优异的成像效果。相关成果以“Solvent-Mediated Charge Transfer Regulation of Inner Core Clusters in Hybrid Copper(I)-Based Halides for High-Efficiency X-ray Scintillation”为题发表在国际著名期刊Angewandte Chemie International Edition上。该研究为新型铜(I)基金属卤化物闪烁体的制备提供了设计依据,拓展了其在低成本、高性能辐射探测领域的应用。同时,铜(I)基金属卤化物独特的同素异形结构及其可调的电荷转移特性,为理解铜卤化物结构家族内的结构-性质关系提供了宝贵见解,同时也为设计具有更广泛应用前景的新结构开辟了可能性。上述研究均获得国家自然科学基金、山东省自然科学基金等项目的资助。

上一篇:澳门壹号在精馏过程性能评估与动态优化控制领域取得新进展 下一篇:【名家讲堂】原子尺度p-n结
科大要闻
综合新闻
学术聚焦

  • 崂山校区:

    山东省青岛市松岭路99号

  • 四方校区:

    山东省青岛市郑州路53号

  • 中德国际合作区(中德校区):

    山东省青岛市西海岸新区小清河路6号

  • 高密校区:

    山东省高密市杏坛西街1号

  • 济南校区:

    山东省济南市文化东路80号

  • 教科产融合学院(淄博教科产融合基地):

    山东省淄博市周村区联通路(西段)5188号

官微

官博

官方抖音

学习强国

校报

B站

视频号

   鲁ICP备05001948号-1   鲁公网安备 37021202000007号   
?2023 澳门壹号

澳门壹号(官方)综合娱乐APP下载-AppleAppStore