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。

图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。

图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。