黑龙江大学许辉教授团队在高性能X射线闪烁材料领域取得重大突破
——配体工程构筑平衡双发射金属硫簇，实现柔性高分辨X射线成像
近日，黑龙江大学化学化工与材料学院功能无机材料化学教育部重点实验室许辉教授团队在X射线成像领域取得重要研究进展。该团队通过配体工程策略，在金属硫簇体系中成功实现了平衡双发射，开发出兼具高发光效率、低检测限和高柔性的X射线闪烁材料，突破了传统闪烁体的性能瓶颈，为下一代低剂量、高分辨、柔性X射线成像提供了全新解决方案。相关成果发表于知名期刊《Science China Chemistry》。
X射线闪烁体是医学影像、安全检查、工业无损检测等领域的核心功能材料。金属团簇因其重原子骨架和可精准修饰的有机配体，成为新一代闪烁体的重要候选体系。然而，在X射线激发下，材料易产生大量三重态激子并发生猝灭，导致激子利用率低、闪烁效率受限。如何实现单重态与三重态激子的高效协同利用，一直是该领域的重大挑战。
图1（a）X射线响应型金属硫簇合物闪烁体的工作原理示意图及综合性能。（b）M6S6簇合物的化学结构。（c）Ag6S6簇合物的单晶结构。（d）Ag6S6簇核的局部放大图。（e）Cu6S6簇合物的单晶结构。（f）Cu6S6簇核的局部放大图。
针对上述问题，研究团队设计并合成了具有给-受体结构的新型配体TPT-SH，在Ag6S6、Cu6S6金属硫簇中实现了对激发态的精准调控，构建出兼具热激活延迟荧光（TADF）与磷光的高效双发射体系。研究表明，该体系可实现TADF与磷光近乎均等的辐射跃迁，显著抑制激子猝灭。其中，Ag6S6簇薄膜的光致发光量子产率高达62%。
图2 Ag6S6的X射线成像应用。（a）Ag6S6掺杂的聚砜（PSF）薄膜在自然光下（上）和X射线激发下（下）的照片。（b-d）各种物体在明场（上）和X射线激发（下）条件下的对比图像：封装金属螺丝、电子芯片、柔性电缆和电话线。（e）标准X射线测试卡（左）及其对应的X射线图像（右）。（f）据X射线图像得出的调制传递函数（MTF）曲线。
与此同时，Ag6S6簇和Cu6S6簇均展现出优异的X射线闪烁性能。Ag6S6簇的X射线光产额高达16659 photons MeV-1，检测限低至148.45 nGy s-1，仅为标准医学诊断剂量的1/37，性能超过商用BGO闪烁体的两倍。基于Ag6S6簇制备的柔性闪烁屏，其空间分辨率达到31.0 lp mm-1，超越目前已报道的绝大多数闪烁材料。
此项成果建立了基于配体设计的激发态工程新策略，为高性能金属簇闪烁体的开发提供了普适性方法，对推动低剂量、高分辨、柔性X射线成像技术的发展具有重要的科学意义与应用价值。
本文第一作者为王静、李哲和李建薇，通讯作者为许辉教授、韩春苗教授及陶冶教授。研究得到了国家自然科学基金（项目编号：U25A20569、52273173、22325502、W2412073、92461304）、黑龙江省自然科学基金（项目编号：JQ2025B003）以及中国教育部长江学者计划（项目编号：Q2021256）的资助。
文章标题：Balanced Dual Emission Metal-Sulfur Cluster via Ligand Engineering for High-Performance X-ray Scintillation
论文作者：Jing Wang1, Zhe Li1, Jianwei Li2, Ye Tao2*, Yi Man1, Chunbo Duan1, Chunmiao Han1* & Hui Xu1*
DOI：http://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11426-026-3505-5
期刊：Science China Chemstry