閃爍體材料是一類能夠有效吸收高能輻射（如X射線、伽馬射線和其他高能粒子）后發光的材料，目前已在醫療診斷、生物成像、安防檢查、工業無損檢測等領域應用。有機閃爍體材料因生產成本低、制備成本低、材料易于修飾、可制備大面積柔性器件等突出優勢，一直以來作為一種有前景的閃爍體材料而被研究。然而有機閃爍體材料通常為碳氫化合物，對X射線的吸收較弱，導致其輻射發光效率低，使其長期應用面臨巨大挑戰。
近日，西北工業大學的黃維院士和于濤教授團隊以及福州大學的陳秋水教授團隊合作，通過引入碘原子設計合成兩個碘代苯咔唑分子作為主體材料（oIPhCz，pIPhCz），基于主客體摻雜策略，構建了一系列寬范圍發光顏色可調的有機閃爍體材料。在X射線激發下，基于非扭曲結構的主體pIPhCz難以捕獲X射線，而主體oIPhCz因其扭曲結構使碘原子有序的排列在一個平面上，有利于提高X射線吸收能力。因此，基于主體材料oIPhCz，選擇發光性質不同的五種分子，實現了輻射發光波長介于520-682 nm的寬范圍顏色可調的有機閃爍體，并成功將該類材料應用于X射線成像領域。除此之外，還對其相關的光物理研究、單晶分析和密度泛函理論（DFT）計算進行了研究，以闡明主客體能量轉移機制，并提出新型有機閃爍體材料的設計策略。研究成果以“Wide-Range Color-Tunable Organic Scintillators for X-Ray Imaging Through Host-Guest Doping（通過主-客體摻雜策略實現用于X射線成像的寬范圍顏色可調有機閃爍體）”為題發表在國際頂級期刊Angewandte Chemie International Edition上，并被選為V. I. P.（Very Important Paper）論文。西北工業大學博士生王海蘭為本文第一作者，西北工業大學柔性電子研究院黃維院士、于濤教授和福州大學化學學院陳秋水教授為本文的共同通訊作者。
研究表明，主客體摻雜策略可以實現X射線吸收中心和輻射發光中心分離，主體材料吸收X射線通過能量轉移實現客體發光，有效的避免的重原子猝滅發光的影響。依據單晶分析和理論計算，主體oIPhCz中重原子的排列以及分子間弱相互作用有效的提升了其X射線的吸收能力。因而基于oIPhCz的摻雜材料實現了高效、可調且穩定性優異的輻射發光。 基于此，這些材料還制備了有機閃爍體薄膜應用于X射線成像。這項工作為下一代有機閃爍體材料的設計、構建及應用提供了新的策略，并促進了其在柔性X射線成像等方面的應用。
文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.202316190
（文字：于濤 審核：王學文）
