实验室夏志国教授团队：基于有机阳离子甲基化设计提升杂化Eu(II)基卤化物闪烁体的X射线探测与成像性能

由于具有可调控的有机阳离子结构、高发光效率和短衰减寿命等特性，有机-无机Eu(II)基杂化卤化物闪烁体在X射线成像领域展现出广阔前景。然而，如何抑制浓度猝灭效应和减少空位缺陷仍然是实现高性能Eu(II)基杂化卤化物闪烁体面临的主要挑战。此外，制备出均匀和透明的闪烁体薄膜也是高分辨X射线成像的关键。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室夏志国教授课题组提出了一种有机阳离子甲基化修饰策略，在PMIMEuX3 (PMIM-X, PMIM = 1-丙基-3-甲基咪唑，X = Br, I)的基础上制备了PDMIMEuX3(PDMIM-X,PDMIM = 1-丙基-2,3-二甲基咪唑)。该策略通过引入甲基增强位阻效应，增大了Eu-Eu链间距，提升了结构刚性，从而抑制了非辐射复合和卤素空位缺陷。其中，PDMIM-Br的光输出达到商用LuAG:Ce晶体的3.57倍，检测限低至42.61 nGy s-1，并利用可原位溶液加工的特性成功制备出高透明度、大面积的均匀闪烁薄膜，X射线成像空间分辨率高达21.1 lp mm-1，表现出卓越的性能。

本研究借鉴DNA甲基化调控机制，提出“有机阳离子甲基化”设计理念，通过对初始结构PMIM进行甲基化修饰，获得PDMIM。并通过溶液蒸发法成功生长出高质量PDMIM-Br与PDMIM-I单晶。

图1 有机阳离子甲基化设计策略与晶体结构演变

甲基化后卤化物闪烁体的熔点、激子结合能、热稳定性和发光效率均显著提升。理论计算进一步表明5d-4f跃迁是闪烁体的载流子来源。同时，揭示了发射红移的机制是由晶体场强度和Eu–X键长所引起的。更重要的是，有机阳离子甲基化策略通过位阻效应增加了Eu-Eu链间距，发光效率提升了数倍。

图2 样品的光致发光与甲基化提升发光性能机理

进一步，有机阳离子甲基化也抑制了闪烁体中的空位缺陷。闪烁性能测试显示，PDMIM-Br的光输出高达89380ph MeV-1，远超PMIM-Br与商用闪烁体。

图3 甲基化提升闪烁性能和PDMIM-Br@Film的制备流程

此外，通过原位溶液旋涂技术，成功制备出高均匀性、高透明度的PDMIM-Br@Film，其在X射线成像中展现出优异的空间分辨率和细节识别能力。

图4PDMIM-Br@Film的X射线成像效果

相关研究成果以“Organic Cation Methylation Design of HybridEu(II)-based Halide Scintillators for Improved X-Ray Detection and Imaging”为题发表于Advanced Materials上。通讯作者为夏志国教授，第一作者为李亮博士生。该研究工作得到了国家自然科学基金(52425206, 52502183和22361132525)的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202510379