近日，山东大学前沿交叉科学青岛研究院分子科学与工程研究院新能源材料超快动力学研究团队在非铅钙钛矿痕量水气探测和X射线成像应用方面取得重要进展，开发了一种晶体结构高度可逆并且具有多领域应用能力的铯锰碘（Cs3MnI5）非铅钙钛矿。相关研究成果以“Highly Reversible Cesium Manganese Iodine for Sensitive Water Detection and X‑ray Imaging”为题发表在国际知名期刊ACS Materials Letters上。山东大学为该论文的第一完成单位，前沿交叉科学青岛研究院2019级博士研究生孔庆坤为该论文的第一作者，山东大学刘锋研究员和大连化学物理研究所杨斌副研究员为该论文的共同通讯作者。

低维非铅金属卤化物钙钛矿由于其可低成本溶液加工、低毒性、宽带隙自陷态激子发射等特性而被广泛应用于发光二极管、光电探测器和激光器等应用研究领域。然而，和铅基钙钛矿一样，绝大多数非铅钙钛矿在水溶液或者高湿度环境下其晶体结构极易被破坏，并且该过程很难通过水分挥发等方式来重新结晶获得原始活性物质，造成不可逆的器件性能衰退，从而严重限制了该类材料在光电器件中的应用前景。

在本工作中，该团队创新性地设计并开发了一种基于锰（Mn）金属的零维金属卤化物钙钛矿材料--Cs3MnI5。通过合成方法的探索和优化，研究团队获得了Cs3MnI5纳米晶和单晶这两种重要的晶体形式。在不掺杂其他元素的条件下，该材料就可达到73%的荧光量子产率，是目前国际上报道的少数几种不通过掺杂发光效率就可以超过60%的绿色荧光材料。进一步的研究发现，Cs3MnI5晶体对水分子具有高度敏感性，其荧光量子产率与环境湿度表现出严格的正相关性，并且在简单的低温加热条件下可以恢复初始晶体结构和优良的荧光特性。利用这一特点，该团队成功展示了Cs3MnI5在痕量水分子检测中的应用。另一方面，Cs3MnI5材料对X射线也表现出很强的荧光响应能力，其检测灵敏度可达0.4 μGy/s，空间分辨率高至7.45 lp/mm，达到了X射线诊断设备的检测要求。值得一提的是，Cs3MnI5单晶的光输出能力（33600 ph/MeV）已经超过了目前商业化的掺杂型粉体Lu3Al5O12（Ce:LuAG）（21000 ph/MeV）。借助其超高的X射线响应能力，该团队将Cs3MnI5材料成功应用于X射线成像，表现出良好的商业化应用前景。本工作为新型金属卤化物钙钛矿材料的开发和应用研究提供了新的指导和思路。

上述工作得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金和山东大学齐鲁青年学者基金等资助。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmaterialslett.2c00658