Angew. Chem.：协同分子限域与介电限域构筑高亮度与快响应有机-无机杂化闪烁体

闪烁体是一类能够将高能辐射转化为低能可见光、紫外光或近红外光的材料，在高能物理、空间探索、辐射探测和医疗诊断等领域展现出广阔的应用前景。然而，目前报道的有机或无机闪烁体往往难以同时兼顾高光产额和快响应特性，限制了高性能闪烁体的发展。为解决这一问题，研究者们将有机配体与无机内核相复合，开发了系列新型有机-无机杂化闪烁体。在X射线照射下，传统杂化闪烁体的激子易被深缺陷捕获，产生余辉和残影现象，导致成像质量差且难以实现动态成像。因此，开发兼具X射线吸收效率高、响应时间快和辐射发光效率高的闪烁体材料是该领域面临的挑战之一。

近日，西北工业大学黄维院士团队谷龙教授与李瑞梓副教授提出了一种创新策略：通过分子限域/介电限域协同作用，显著提升激子传输与复合效率，从而优化辐射发光性能（图1）。基于这一策略，构筑了强束缚激子杂化闪烁体(TPA)₂MnBr₄。在该材料中，具有较大空间位阻的四丙基铵阳离子（TPA⁺）将发光中心[MnBr₄]²⁻单元，有效地包围并起到隔离作用，形成零维分子限域结构，促进电子局域化；同时，TPA⁺有机势垒的高频介电常数远低于[MnBr₄]²⁻无机阱，通过增强库仑力实现介电限域，抑制激子被深缺陷捕获。

图1 有机-无机杂化闪烁体的分子设计思路与辐射发光机理

杂化闪烁体(TPA)₂MnBr₄因具备小的激子玻尔直径（7.69 pm）和大的激子结合能（1028.8 meV）等典型Frenkel激子特征，因此展现出极强的激子束缚特性。这一特性有效抑制了电子被深能级缺陷捕获，从而显著提高了激子传输速率并增强了辐射复合效率，实现500 fs的快响应时间和93.8%的高PLQY（图2）。在X射线激发下，该闪烁体展现出56800 photons·MeV⁻¹的高光产额，18.7 nGy_air·s⁻¹的低检测限和21.0 lp·mm⁻¹的高空间分辨率。此外，研究团队还探索了该闪烁体在三维动态成像与柔性成像中的潜在应用（图3和4）。

总之，这项工作不仅为设计具有高亮度与快响应的闪烁体提供了重要参考，还展示了其在医疗诊断和安检场景中实现三维动态实时X射线成像的应用潜力。

图2 (TPA)₂MnBr₄闪烁体的光物理性能

图3 高分辨X射线成像与三维动态成像

图4 柔性成像与集成薄膜晶体管背板成像

论文信息

Bright and Fast-Response Hybrid X-Ray Scintillators by Molecular and Dielectric Confinement

Yitong Jiao, Prof. Ruizi Li, Haoyang Wang, Weiguo Zhu, Yuan Gao, Feng Xu, Prof. Bo Wu, Xiong Huang, Prof. Long Gu, Prof. Wei Huang

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202504576