实验室夏志国教授团队：Ce3+基杂化溴化物闪烁体的动态X射线成像
Ce3+掺杂发光材料具有纳秒级的发光寿命，使得这类材料在闪烁成像应用中具有潜力，例如，LuAG:Ce3+是一种商用的闪烁材料。此外，研究者还报道或正在商用一些Ce3+掺杂的卤化物体系，如LaCl3:Ce3+、RbGd2Br7:Ce3+、GdBr3:Ce3+等。然而，这些闪烁材料需要高温制备或者稳定性相对较差。近年来，Ce3+基杂化卤化物发光材料成为一个研究热点，且其通常采用相对低成本、低能耗、简便的低温溶液法得到的。因此，创制新型Ce3+基杂化卤化物在闪烁发光材料上的应用具有重要的科学意义。
近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的夏志国教授课题组利用溶液法，得到两例杂化Ce3+基溴化物发光材料，分别为[Emim]3CeBr6和[Emmim]3CeBr6 (Emim = 1-ethyl-3-methylimidazolium;Emmim = 1-ethyl-2,3-dimethylimidazolium)，研究了其晶体结构、发光性能与机理，并探索了其在动态X射线闪烁成像领域的应用。
首先，研究团队利用溶液法得到了两例Ce3+基溴化物。单晶X-射线衍射表征发现：两种材料均为含有六配位[CeBr6]八面体结构的零维杂化材料体系，游离有机阳离子实现电中和构建出稳定的晶体结构。
发光光谱表明，两种材料在360 nm激发下发射出380 nm的紫光，量子产率均高达100%，变温光谱分析表明，材料的光学性能随着温度变化没有发生明显的偏移，发光机理均属于4f-5d跃迁，在室温下具有大约30 ns的发光寿命，且随着温度降低而更小。
进一步计算了两种材料的理论带隙，其中以[Emim]3CeBr6为例。[Emim]3CeBr6的带隙为2.89 eV，其态密度图以及导带底和价带顶的电荷分布显示电子由Ce的4f和5d轨道组成，进一步说明材料的发光源自4f- 5d跃迁。
闪烁性能测试表明，两例材料的光产额分别达到42000 ph MeV-1（[Emim]3CeBr6）和48000 ph MeV-1（[Emmim]3CeBr6），且检测限为971 nGy s-1（[Emim]3CeBr6）和626 nGy s-1（[Emmim]3CeBr6）。最后，利用[Emmim]3CeBr6所制备的发光薄膜进行了动态X射线闪烁成像的应用探索，其由于短寿命的优点，能快速捕捉运动的物体，且避免重影的产生。
导读图：Ce3+基溴化物的发光性能和快速X射线闪烁成像
相关研究成果以“Cerium(III) Bromide Hybrid with Near-Unity Photoluminescence QuantumEfficiency for High-Resolution and Fast X-ray Imaging”为题发表在国家自然科学基金委员会主管、主办的综合性英文学术期刊Fundamental Research上，其中通讯作者为夏志国教授，第一作者为金建策博士生。该研究工作得到了国家自然科学基金（编号：22361132525、52425206）、广东省科技计划项目（编号：2023A0505050084）、中央高校基本科研业务费（2023ZYGXZR002）以及俄罗斯科学基金会（24-43-00006）的资助。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.fmre.2025.02.007
