X射线直接探测半导体材料在工业检测、医疗诊断和科学研究等领域都受到了极大关注。作为传统卤铅钙钛矿结构性问题的一种有效解决方案，层状杂化双钙钛矿（LHDPs）结构通过引入长链阳离子和取代异价双金属离子，形成结构稳定的X射线探测成像候选材料。然而，现有LHDPs的X射线探测灵敏度通常受限于层间不理想的电荷传输方式。因此，探索结构设计策略以提升LHDPs的层间相互作用以及改良电荷传输特性仍然是一项挑战。
近期，吴少凡课题组采用了乙二胺链作为结构诱导剂，成功获得了具有特殊Dion-Jacobson（DJ）相的LHDPs，展现出类Ruddlesden-Popper（RP-like）型的层间结构。有机阳离子借助桥接的溴离子，利用电荷辅助氢键的方式相互连接，有序地编织成超分子框架，从而调制了RP-like型层间空间构型，显著增强了层间相互作用并提升了电荷传输能力。通过理论计算，研究者进一步阐明了超分子框架的结构作用，包括溴离子的大迁移势垒和额外的轨道贡献，有效优化了LHDPs的电荷传输行为。实验测试表明，RP-like型LHDPs的X射线探测器灵敏度可达5250 μC Gyair−1cm−2，创下了基于LHDPs的X射线探测器的最高灵敏度纪录。同时，这些材料还表现出了优异的低探测限（91 nGyair s−1）和强的抗辐射性（50 Gyair）。此外，研究者们还制备了定向复合膜器件，其展示了高性能的X射线断层扫描成像功能。这一研究成果不仅为灵敏稳定的辐射半导体材料的构建提供了全新的层间调节策略，也印证了其在X射线成像领域的应用潜力。
该研究成果近期以“Radiation-Sensitive Layered Hybrid Double Perovskites Driven by a Dual-Ion-Woven Supramolecular Framework for X-ray Tomography”为题发表于《Angewandte Chemie International Edition》杂志（DOI: 10.1002/anie.202418701），并被选为“Hot Paper”。
许谢铭副研究员为本文第一作者，王帅华正高级工程师为通讯作者，闽都实验室和中国科学院福建物质结构研究所为本文的共同完成单位。该研究得到国家自然科学基金、中科院青年创新促进会、中科院仪器研究项目和闽都创新实验室人才项目等支持。
近期，该研究团队在辐射探测材料研究方面取得了其它重要进展（Adv. Sci., 2023, 10(14): 2206833; ACS Appl. Mater. Inter., 2023, 15(50): 58566-58572; ACS Appl. Mater. Inter., 2024, 16(12): 15050-15058; Adv. Opt. Mater. 2024: 2303134）。
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| 层状杂化双钙钛矿结构演化示意图 |
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| DJ相转变的理论分析 |
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| 复合膜探测器的断层扫描成像表征 |
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| 三维重建模型及三轴向断层切片 |
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202418701
（吴少凡团队供稿）
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