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居佃兴副教授Angew:通过添加剂增强离子和电子-声子相互作用促进离子型有机Cu(I) 基卤化物闪烁晶体的生长和辐射发光

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射线成像中得到广泛应用。近年来,溶液可处理的离子型有机Cu(I)基卤化物在X射线闪烁体成像领域展现出巨大的应用潜力。然而,该类材料的进一步应用面临巨大挑战。在此,居佃兴副教授针对离子型有机Cu(I)基卤化物闪烁体面临的两大挑战展开研究:一是金属与配体之间的电荷转移不足,导致发光效率受限;二是晶体生长的各向异性,使得大面积单晶闪烁屏难以制备。在理论计算的指导下,我们提出一种“一石二鸟”的分子策略,在C₆H₁₈N₂Cu₂I₄体系中引入中性的1,2-丙二胺(1,2-PDA)作为双重功能添加剂。系统的机理研究表明,1,2-PDA不仅增强了有机配体(C6H18N22⁺)与铜(I)卤化物簇之间的离子相互作用,促进了晶体界面处的定向聚集,还在缺陷掺入时诱导晶格显著变形,从而增强了电子-声子耦合,提升了自俘获激子(STE)的发射效率。得益于上述机制,材料的光致发光量子产率(PLQY)提高了3倍(从17.53%提升至52.96%),辐射发光强度也增强了2.77倍。此外,我们成功制备出大面积单晶薄膜(约10 × 7 × 0.31 mm3),其X射线成像分辨率达到22.3 lp·mm⁻¹的优异水平。该方法可广泛适用于多种混合金属卤化物体系,在提升晶体维度与闪烁性能的同时,也为高性能辐射探测材料建立了一套通用的分子设计准则。相关成果以“Boosting Crystal Growth and Radioluminescence in Hybrid Cu(I) Halide Scintillators via Additive-Strengthened Ionic and Electron-Phonon Interactions”为题发表在国际知名期刊Angewandte Chemie International Edition上,并被选为“Hot Paper”。(Angew. Chem. Int. Ed. 2025, e25951doi.org/10.1002/anie.202525951)。居佃兴副教授和李慧芳教授为通讯作者,青岛科技大学为唯一通讯单位。

上述研究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。