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金屬有機籠（MOC），也稱為金屬有機多面體（MOP），是由金屬節點和有機配體通過配位鍵組裝而成的離散型分子籠。MOC材料多利用主客體相互作用，在催化、手性分離和生物醫學等諸多領域均有廣泛的應用。然而由于籠體之間缺少相互作用而難以形成合適的電子傳導路徑，導致MOC材料在電催化，能量存儲，光電子設備等方面應用甚少。

   當前，具有三維延展結構的金屬有機框架（MOFs）、共價有機框架（COFs）材料在上述領域已有大量應用。通過π-π堆積、金屬-有機配體鍵、擴展的π-d共軛或引入氧化還原活性金屬/氧化還原配體可實現高效的電子傳導。基于上述策略，蘇州大學放射醫學與防護學院核能環境化學研究中心的王殳凹課題組首次發現了金屬有機框架材料（MOFs）在半導體探測領域的潛力，相關工作發表在J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 8030?8034。隨后，該課題組又利用半導體金屬有機框架混合基質膜創造性開發了柔性X射線探測器，并取得理想效果。相關成果發表在Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 11856-11860。在以上工作的基礎上，該團隊利用三維互鎖鈾金屬有機分子籠元素組成、結構特點和延展特性，又將MOC材料引入輻射探測領域并且實現良好的X射線探測性能。

圖1. SCU-14的結構示意圖

   該工作中鈾酰離子通過平面六配位和原位形成的二齒柔性配體巧妙地形成了罕見的M4L6八面體型分子籠。單晶結構分析表示籠之間通過機械互鎖拓展延伸，其中每個籠體與六個晶體學相同的籠子相連，繼而延展成為三維的多孔結構。另外，孔隙里原位形成的六甲蜜胺大分子與MOC骨架之間形成的長程連續的π-π堆積為SCU-14提供了有效的電子傳輸路徑，使得SCU-14成為首例寬帶隙錒系半導體MOC材料。

圖2. SCU-14中的長程π-π堆積

        SCU-14 以自然界中最重的鈾元素作為金屬中心，同時籠間彼此緊密互鎖帶來較高的密度，這兩點的共同作用使得其具有較高的X射線阻滯效率。與此同時，SCU-14的高電阻率帶來較低的漏電流，可有效控制噪聲從而提升信噪比。基于以上兩大優勢，探索了其作為直接X射線探測器的應用。實驗結果表明SCU-14在X射線照射下有明顯的光電導效應。該材料還具有較高的載流子遷移效率，其探測性能（μτ＝6.30 × 10-4 cm2 V-1）優于之前本團隊報道的MOF材料，可與商業探測材料媲美。此外，該材料的X射線探測靈敏度可達54.93 μCGyair-1 cm-2。在長時間的X-ray照射下，其光電響應也幾乎沒有變化，體現了該材料在長時間應用工況下的穩定性。

圖3. 基于SCU-14探測器的性能測試

   相關論文發表在在J. Am. Chem. Soc， DOI：10.1021/jacs.0c08117。蘇州大學放射醫學與輻射防護國家重點實驗室核能環境化學研究中心碩士研究生程麗葳為該論文第一作者，王殳凹教授和王艷龍副教授為該論文共同通訊作者。該研究工作得到了科工局“長壽命核素分離與化學行為”挑戰計劃、基金委化學部“乏燃料后處理復雜體系中的錒系元素化學研究”重大項目和基金委杰出青年基金的共同資助。