近日，我院在金属卤化物异质结闪烁体研究方向取得新进展。研究成果以“Na-alloy tailored 3D/0D metal halide heterostructures enabling efficient charge transfer for color-integrated white scintillators”为题在线发表于《Nature Communications》上。论文的第一作者为杨智副研究员，通讯作者为宋继中教授，郑州大学物理学院为独立通讯单位。

低维金属卤化物具有高原子序数、高发光效率、宽光谱发射等特性，作为闪烁体在核医学成像、工业无损检测和高能射线探测等领域极具应用前景。近年来，Cu基、Mn基、Zr基等卤化物闪烁体受到了广泛的关注。一方面，通过掺杂不同光活性离子可以实现白光发射，但光谱范围仍难以覆盖整个可见光谱。另一方面，常规的X射线成像只利用闪烁体的发光强度信息，宽光谱闪烁体的发光颜色很少被有效利用。因此，如何进一步拓展闪烁体的发光光谱范围，并充分利用多色发光信息，对于发展“彩色”X射线成像技术至关重要。

图1. 3D/0D金属卤化物异质结白光闪烁体的设计、机理及应用

对此，郑州大学杨智、宋继中等人发展了一种Na合金化策略用于合成3D/0D Cs₂NaLuCl₆/Cs₃LuCl₆异质结，同时实现了发光增强和光谱线宽裁剪。

1）结构调控：通过分解焓理论计算，结合发光颜色、微结构形貌的演变实验，证实了Na合金化促使了0D相到3D相的结构转变，分析发现3D/0D非外延异质结的形成得益于金属卤化物的软晶格特性。

2）性能和机理：3D/0D异质结具有Type-I型能带结构，有利于3D到0D的高效电荷转移（CT），使得0D受体的发光强度提升50%；同时，Sb³⁺和Mn²⁺共掺杂使得发射光谱大幅展宽，实现了光谱平坦化的白光发射。进一步地，通过能带结构计算、瞬态吸收光谱、时间分辨荧光光谱、微区荧光成像、及单颗粒电导率测试等系统表征，证明了3D/0D异质结的CT机理。

3）应用验证：开发了色集成X射线成像技术，包括宽光谱白光闪烁体和动态范围增强算法，实现了大密度差异待测物体的同时成像。其中，3D/0D闪烁体比CsI(Tl)闪烁体具有更均衡的RGB信号输出（R:G:B = 0.83:1:0.91），使得低密度纸张的成像对比度从5%提升至25%。

该工作阐明了金属卤化物异质结中的电荷转移机理，为设计高性能白光闪烁体及推进X射线成像应用提供了新方案。

该项工作得到了国家自然科学基金项目、河南省自然科学基金项目资助。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-62195-x