近期，Chem期刊（IF: 23.5）发表了我院刘伟教授课题组题为“Anchoring the AIEgen by Zr clusters in metal-organic gel for efficient X-ray detection and imaging”的研究论文，揭示了一例结构致密且刚性的金属-有机凝胶闪烁体的聚集诱导（AIE）辐射发光机理，展现了其用于高分辨X射线成像的巨大潜力。我院硕士研究生王小泽和教师汪遐为论文共同第一作者，学院教授刘伟为该论文的通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金以及上海光源的支持。
闪烁体是一类能将高能射线（如X射线、γ射线等）转化成低能光子的功能材料，被广泛应用于宇宙空间探索、医疗等关键领域。尽管对传统闪烁材料已经进行了广泛的研究，但合成条件苛刻与刚性易碎等缺陷限制了其在柔性X射线成像领域的应用。有机闪烁材料具有成本效益高、衰减快、可加工性好等优点，但由于缺乏高原子序数成分，其对X射线阻滞能力较弱，光输出能力受到限制，开发新的闪烁体材料或策略来克服这些障碍是一项长期挑战。构建有机-无机杂化多组分闪烁体，是解决这些问题的一项有效策略。受到聚集诱导增强发光策略的启发，作者通过构建相对于游离的AIE分子和金属－有机框架 (MOFs) 材料更为刚性和致密的金属-有机凝胶材料，实现了辐射发光增强（图1）。
通过温和的水热法构建出的聚集诱导（AIE）金属-有机凝胶闪烁体材料，实现了95.5%的高量子效率和44 nGy s-1的极低辐射检测限。基于金属-有机凝胶制备的柔性闪烁膜实现的X射线空间成像分辨率达到20 lp mm-1，为无机和有机样品提供了高分辨率成像的能力。
图1. 调控聚集诱导辐射发光效应的策略和金属-有机凝胶的闪烁发光机理
作者通过优化后的温和溶剂热反应条件制备了金属－有机凝胶材料。并采用X射线光电子能谱，红外光谱和同步辐射分析验证了由Zr簇锚定AIE配体自组装成了无序、致密且刚性的凝胶骨架（图2）。此外，凝胶表现出95.5%的量子效率和快速的荧光寿命。
图2. 金属-有机凝胶的合成流程和光致发光性能表征
随后，对金属-有机凝胶的闪烁性能进行了测试。实验表明，凝胶表现出明亮的辐射发光，44 nGy s-1的剂量检测限 （远低于医用标准诊断剂量，5.5 uGy s-1）和出色的稳定性（图3）。
图3. 金属-有机凝胶的辐射发光性能测试
作者通过将金属-有机凝胶闪烁体与高分子材料结合制备了柔性的闪烁体屏幕。X射线成像实验表明，基于该柔性薄膜的成像系统实现了20 lp mm-1的高分辨X射线成像（图4）。
图4. 基于金属-有机凝胶制备的柔性薄膜的成像性能表征。
综上，该研究提出了一种新型的金属-有机凝胶闪烁体材料，归因于致密且刚性的结构实现了近100%的量子效率和出色的闪烁性能。这项工作通过合理设计AIE效应，为制造新一类有机和有机-无机杂化闪烁体提供了新的思路。
作者：王小泽 责任编辑：冷科翰 审核：刘伟
原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2451929424000469
引用链接：https://doi.org/10.1016/j.chempr.2024.01.024
