通讯作者：张玉海
作者：魏军，张相周，王晓佳，刘烨齐，张玉海
Keywords: Glassy rare-earth complexes, Luminescent glass, Ultralong phosphorescence, Multicolor luminescence, X-ray imaging
正文内容：
除无机玻璃、有机玻璃和金属玻璃外，金属-有机杂化玻璃是近年来确定的第四大类玻璃。这种新型玻璃主要由沸石咪唑酯骨架（ZIFs）家族组成，与无机玻璃相比，由于引入了有机部分，杂化玻璃的合成温度显著降低至~ 400 ℃，同时保持了与硅玻璃相似的刚性结构。ZIF玻璃的合成需要先获得晶体前驱体，再进行熔体淬火，由于晶格约束，这种合成方法在很大程度上限制了可用的金属离子种类。事实上，只有Zn2+和Co2+等少数非发光离子在ZIF结构中被成功配位，高透明度的稀土基杂化玻璃至今仍难以研制。此外，在传统的熔融淬火工艺中，熔体淬火过程的一个严格要求是确保有机部分的分解温度高于晶体前驱体的熔化温度，因此只有少数ZIFs晶体在热分解之前会转变为稳定的流体，限制了多功能杂化玻璃的设计。
本工作开发了一种低温去溶剂方法，既可以避免传统ZIF玻璃合成中熔融淬火法所带来的有机骨架热分解问题，又极大简化了合成步骤，提高了化学产率。作者通过在140℃去溶剂法在1小时内快速制备出了稀土基杂化玻璃（RE(NO3)3(C5H2N4)2玻璃）（图1），这种简便的合成方法被证明适用于整个稀土族，包括Y、Sc和镧系元素。
图1. RE(NO3)3(C5H2N4)2玻璃的合成及结构表征
杂化玻璃不仅具有88%以上的高透明度，而且具有高达70%的发光量子产率，在X射线成像屏幕上具有很高的空间分辨率（图2）。研究发现，氢键在维持有机-金属骨架的结构完整性方面起着关键作用，反过来又促进了激发态的辐射重组，包括有机部分的单线态和三重态。重要的是，选择具有适当能级的配体，产生了从有机配体到发光镧系离子的有效能量转移，也称为天线效应，通过稳态和时间分辨光谱进行了证实。
图2. 典型的Tb(NO3)3(C5H2N4)2玻璃的光致发光性质
除了发光杂化玻璃外，惰性稀土离子如 Y，La和Lu的掺入产生了室温磷光增强的透明玻璃（图3、4）。这项工作为探索金属和有机配体之间难以捉摸的相互作用开辟了一条途径，为稀土玻璃的设计提供了新的见解。
图3. 典型Y(NO3)3(C5H2N4)2玻璃的室温磷光性质
图4. 用于X射线探测和成像的Tb(NO3)3(C5H2N4)2闪烁屏应用展示
以上论文以“New Transparent Rare-Earth-Based Hybrid Glasses: Synthesis, Luminescence, and X-ray Imaging Application”为题发表于Aggregate期刊，论文第一作者为济南大学的硕士生魏军，通讯作者为济南大学的张玉海教授。
作者简介（第一作者）
魏军，物理学硕士。2022年加入济南大学张玉海教授团队，硕士期间主要研究方向为金属有机杂化玻璃的设计及光学性能开发，独立完成了低温去溶剂法的设计和实验操作，为稀土离子的发光及应用开辟了新的路径。
作者简介（通讯作者）
张玉海，教授，博士生导师，济南大学前沿交叉科学研究院透明发光材料课题组组长。近年来，主要研究方向集中于卤化物发光材料的开发与应用，在高质量超薄闪烁屏方面进行了有益的探索，取得若干原创性成果。以第一或通讯作者身份在Nature Comm.,Angew. Chem. Int. Ed., ACS Nano, Adv. Funct. Mater.等期刊发表SCI收录论文35篇，其中27篇一区论文(其中16篇为独立通讯作者)，被引5400余次，H因子35，；授权美国发明专利2项，中国发明专利3项。基于以上研究成果，获得山东省泰山学者青年专家计划（2019），山东省优秀青年基金（2020），山东省杰出青年基金（2023），国家自然科学基金青年（2018）、面上（2024）等项目资助。
课题组网址： https://faculty.ujn.edu.cn/YuhaiZhang/zh_CN/index.htm
