电荷分离态：增强有机闪烁体辐射发光的激发态陷阱│NSR论文

有机小分子在X-射线照射下的闪烁行为早在1947年就在蒽晶体中被发现了，远远早于有机电子学的出现。近年来，研究者们通过引入重原子元素和热活化延迟荧光（TADF）特性，在提升有机闪烁体的发光强度方面取得了显著进展。然而，绝大多数有机闪烁体的光产额仍远低于无机材料，这一差距仍然是该领域亟待解决的关键问题。

近日，郑州大学化学学院臧双全教授团队创新性地利用电荷分离（CS）态陷阱捕获高能载流子，显著提升了有机闪烁体的辐射发光强度。相关成果最近发表在National Science Review上。

在该项工作中，研究人员基于给体-受体（D-A）掺杂策略，在有机闪烁体的设计中引入了一种高稳定性的电荷分离 (CS) 态陷阱。通过利用CS态陷阱诱导产生的独特热激活延迟磷光（TADP）机制，成功实现了高能载流子的高效捕获与能量转化。该研究设计合成的有机闪烁体的辐射发光强度显著优于传统商用无机闪烁体，相对光产额可以达到65535 photons MeV-1。特别值得注意的是，该有机闪烁体在X-射线激发停止以后可以通过肉眼观察到7个小时的超长余辉。这是有机小分子首次在X-射线激发下观察到的超长余辉发光。

图1. CS态陷阱诱导产生TADP过程的激发态模型以及小分子掺杂有机闪烁体的制备方法。

基于该有机闪烁体制备的柔性闪烁薄膜所开发的X-射线余辉成像技术，被证明能够有效观测瓷器内部结构缺陷以及金属-塑料复合管内壁金属层的细微划痕。这一突破性技术为文物考古鉴定提供了非破坏性检测新方法，同时在工业无损探伤领域也展现出广阔的应用前景。

图2. 基于柔性有机闪烁薄膜实现的高分辨X-射线成像和X-射线余辉成像。

郑州大学化学学院拔尖班本科生曹若宇为论文第一作者。郑州大学化学学院博士后彭秋晨、李恺教授和臧双全教授为该文共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、长江学者奖励计划、中原学者和国家博新计划项目的资助。

Cao et al. Charge separation state carrier storage-triggered thermally activated delayed phosphorescence in an organic scintillator. National Science Review, 2025, 12: nwaf045.