实验室宋恩海研究员&朱旭辉教授团队：用于X射线成像的零维卤化锰闪烁体的结构设计与性能预测

零维锰基有机-无机杂化金属卤化物（0D Mn2+-based OIHM）由于其局域化的发光中心、大的斯托克斯位移、可忽略的自吸收、锰和卤素原子X 射线吸收能力、丰富的天然储量、简便的合成方法以及低毒性，使其具有在闪烁体领域的应用潜力。高性能闪烁体材料的发现与合理设计对于推进 X 射线成像和检测技术的发展至关重要，但目前仍是一个重大挑战。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的宋恩海研究员和朱旭辉教授课题组制备了一种高效率的0D Mn2+-basedOIHM闪烁体(C33H29NP)2MnBr4·EtOH，其具有99.2%的PLQY以及56363 photons MeV⁻¹的光产额（C33H29NP+=（3-(咔唑-9-基)丙基)三苯基溴磷鎓离子）。同时引入了面密度（σ）的概念来评估0D Mn2+-basedOIHM的闪烁性能。这项研究不仅开发出了一种可以用于X射线成像的高闪烁性能的0D Mn2+-basedOIHM，而且还确立了关键的结构与性能之间的关系，为先进闪烁体材料的设计与制备提供了更深入的见解。

图1 材料制备与结构表征

图2 闪烁性能测试

图3 成像演示

通过引入刚性、大体积的有机盐（3-(咔唑-9-基)丙基)三苯基溴化磷 C33H29NP+Br-（CZTPPBr），成功研制出一种高效的零维杂化金属卤化物闪烁体(C33H29NP)2MnBr4·EtOH（CZTPPM）。X 射线单晶结构分析表明，被有机分子隔离的[MnBr4]2-发光中心之间的最小Mn-Mn距离超过11 Å。在紫外光激发下，CZTPPM 表现出强烈的绿色发射，光致发光量子产率达到 99.2%，并且具有较低的热猝灭特性（320 K 时的发光强度为80 K时的86.9%）。此外，CZTPPM 晶体还展现出卓越的闪烁性能，光产额高达56363 Photons/MeV，以及55.73 nGyₐᵢᵣ s⁻¹的X射线检测限和15.5 lp/mm的空间分辨率，具有实现高质量 X 射线成像的潜力。更重要的是，我们综合考虑光致发光量子产率（PLQY）和X射线吸收系数，引入了面密度（σ）来预测0D Mn2+-based OIHM的闪烁效率，从而为先进闪烁体材料的设计与制备提供了深入的见解。

值得指出的是，通过加热失去乙醇分子后，(C33H29NP)2MnBr4形成新的稳定晶体相。对于其与溶剂等分子相互作用，以及发光和闪烁体特性正在进行深入研究。

相关研究成果以“StructuralDesign and Performance Prediction of Zero-Dimensional Manganese (II) HalideScintillators for X-ray Imaging：Acase study of (C33H29NP)2MnBr4·EtOH”为题发表在AdvancedOptical Materials上，其中通讯作者为宋恩海研究员和朱旭辉教授，第一作者为刘礼菊博士生。该研究工作得到了国家自然科学基金、广东省杰出青年科学基金、华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室等科研项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adom.202503244