厦门大学吴艺明教授团队在有机闪烁体领域取得重要进展

近日，厦门大学柔性电子（未来技术）研究院吴艺明教授团队与合作者在有机闪烁体领域取得重要进展，获得了一系列高效的镧系分子闪烁体，相关成果“Ultrabright molecular scintillators enabled by lanthanide-assisted near-unity triplet exciton recycling”为题发表在Nature Photonics（DOI: 10.1038/s41566-024-01586-w）期刊上。

X射线响应的闪烁体材料在辐射探测、安全检查、放射治疗等领域有着广泛的应用。与传统的陶瓷和钙钛矿闪烁体相比，有机发光材料因其加工性能优、机械柔性高、可大面积制备等优势受到关注。然而，这些材料在X射线探测中面临弱X射线吸收和三重态激子利用率低等问题，导致其闪烁效率较低。此外，传统材料还存在制造复杂、环境毒性、自吸收和稳定性不足等挑战，亟需开发新型高效、安全的闪烁体材料。

针对上述问题，研究团队创新性地提出通过三重态激子介导能量循环机制来实现镧系分子闪烁体的高亮度发光。通过调控配体的三线态能级，有机配体可以高效地回收X射线诱导的、经热化弛豫后的次级电子和空穴的能量，并将回收的能量用于辅助稀土离子发光。这种方法使镧系金属配合物中的放射发光增强了三个数量级以上，其光转换效率超过了商用高效LYSO:Ce无机晶体闪烁体，与CsI:Tl晶体的效率相当。研究人员进一步优化了金属中心和配位环境，使得该有机镧系闪烁体的光谱范围可调，从紫外覆盖到近红外；激发态寿命则可在几十纳秒至数百微秒之间灵活调控。同时，这些镧系分子闪烁体具有优异的热稳定性和X射线光稳定性。鉴于镧系分子闪烁体优异的光学特性，研究团队利用该闪烁体材料成功实现了高分辨率放射成像，并展示了其在X射线深层组织光动力治疗中的应用潜力。

图1. 三重态激子介导的能量回机制增强辐射发光效率

该工作在厦门大学柔性电子（未来技术）研究院吴艺明教授、新加坡国立大学刘小钢院士和福建师范大学覃弦教授的共同指导下完成，新加坡国立大学博士后徐佳惠、四川大学博士生罗蕊及复旦大学附属眼耳鼻喉科医院罗资超研究员为论文的共同第一作者。这一工作得到了国家自然科学基金（52372156、62288102、61935017、62175268），新加坡国立研究基金（NRF-NRFI05-2019-003、NRF-CRP18-2017-02、NRF-CRP22-2019-0002、NRF-CRP19-2017-01）以及澳门科学技术发展基金（0060/2023/RIA1）等项目的资助。