【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】閃爍體是一類能夠?qū)⒏吣芰Ｗ踊蚋吣苌渚€轉(zhuǎn)換為低能光子的材料，在醫(yī)療、安檢及工業(yè)無損探測等成像領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。目前，商用無機閃爍體面臨輻射穩(wěn)定性低、制備工藝復(fù)雜及可加工性差等挑戰(zhàn)。因此，開發(fā)新型高性能閃爍體，提升X射線檢測性能，對保障公共安全、提升醫(yī)療診斷水平及促進高端制造發(fā)展具有決定性意義。
金屬有機框架(MOFs)材料憑借結(jié)構(gòu)可設(shè)計性強、制備工藝簡便以及發(fā)光性能優(yōu)異等特性，在新型閃爍體中嶄露頭角。現(xiàn)有研究表明，開放金屬位點調(diào)控策略可有效提升MOFs的氣體吸附、催化及化學(xué)傳感性能，但在增強光致發(fā)光和X射線激發(fā)發(fā)光方面的研究仍處于空白，制約了MOFs在X射線檢測與成像領(lǐng)域的實際應(yīng)用。
基于此，中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所痕量化學(xué)物質(zhì)感知團隊通過引入含間苯二羧酸單元的配體，成功合成了每個Zr簇上具有八個本征開放金屬位點的Zr-ADIP納米晶，并提出了利用調(diào)節(jié)劑占據(jù)開放金屬位點的策略，調(diào)控了MOFs材料的電子能級，有效提高了其發(fā)光效率。研究發(fā)現(xiàn)，苯甲酸占據(jù)的Zr-ADIP-BzOH表現(xiàn)出卓越的X射線檢測性能，檢測限低至0.53 μGy s-1，比醫(yī)學(xué)X射線成像的最低劑量率低10倍。進一步，基于所得MOFs優(yōu)異的X射線激發(fā)發(fā)光性能，構(gòu)建了有機聚合物復(fù)合閃爍體薄膜器件，并通過對蛤類樣本進行一系列旋轉(zhuǎn)角度成像，實現(xiàn)了其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及所含珍珠形貌的無損探測。總體而言，本研究提出的本征開放位點設(shè)計與調(diào)節(jié)劑占據(jù)調(diào)控增強MOFs發(fā)光性能的策略，為新型閃爍體的結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能提升提供了新思路。
相關(guān)研究成果以“Engineering the Unoccupied Electronic Levels in Nanoscale Zr-MOFs by Intrinsic Open-Metal-Site Modulation for Enhanced Luminescence”為題發(fā)表于ACS Applied Nano Materials，新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生陳竟為第一作者，中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所祖佰祎研究員、李佳文助理研究員和新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)王歡歡副教授為共同通訊作者。該工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金等項目的資助。
圖：基于配體調(diào)控及調(diào)節(jié)劑占據(jù)策略增強MOFs發(fā)光性能示意圖
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