传统的半导体材料在电场作用下，电荷载流子信号与可移动金属离子噪声之间的长期矛盾限制了直接X射线探测技术的发展。本研究首次报道了一种基于低缺陷共价有机框架材料的直接型X射线探测器，该器件采用COF366-M（M=Co, Cu）作为活性层。通过将金属离子引入由多重配位键连接的卟啉中心晶格框架，COF366-M在增强X射线衰减能力的同时，有效抑制了离子迁移现象，在正常工作电场下可忽略电流漂移。COF366-M中高度有序的纳米通道排除了非目标离子掺杂，展现出适用于X射线探测的高电阻率和低缺陷密度特性。碳纳米管的引入进一步促进了电子-空穴分离，并构建了高效的电荷传输通道。该器件实现高灵敏度、低检测限，以及卓越的工作稳定性,。此外，完全环境友好型的组分确保了本质的生态兼容性。

近日，四虎影视 魏浩桐教授、方千荣教授团队将金属离子配位策略与共价有机框架（COF）材料相结合，发展出一种新型低缺陷、高电阻率的直接X射线探测材料。研究团队以金属卟啉（M=Co, Cu）为节点，通过亚胺键连接构建了结晶性COF366-M框架，并引入碳纳米管（CNTs）构建电荷传输通道。研究发现，金属离子被牢固配位在卟啉中心，并通过强共价键与整个二维框架刚性连接，从而在引入高原子序数元素增强X射线衰减的同时，有效锁定了金属离子，抑制了其在电场下的迁移。该材料表现出极高的离子迁移激活能（~1.05 eV）和可忽略的暗电流漂移（~10-18A·cm-1·V-1·s-1）。同时，高度有序的纳米通道排除了非目标离子掺杂，使材料兼具高电阻率（~1011Ω·cm）与低缺陷密度（~5×108cm-3）。

性能测试表明，基于COF366-Cu的探测器实现了优异的X射线探测性能。其灵敏度高达11,784 μC·Gy-1·cm-2，检测限低至39 nGy·s-1，远超商用非晶硒探测器。在500 V/mm电场下，器件的载流子迁移率-寿命积达到2.76×10-4cm2·V-1。在累积剂量高达148 Gy的连续X射线辐照下，器件响应无衰减，展现出卓越的运行稳定性。研究表明，性能提升不仅源于CNTs构建的高速电子传输路径，更得益于COF刚性共价骨架对离子迁移的本征抑制。一方面，强共价键锁定的金属离子避免了离子迁移噪声；另一方面，CNTs与COF骨架形成了空间分离的电荷传输通道，极大降低了非辐射复合概率，从而协同实现了高灵敏度、低噪声与高稳定性的统一。该工作为设计下一代高性能、稳定、环保的X射线探测材料提供了分子层面的新范式。

相关成果以“High Resistivity and Low Defect Covalent Organic Frameworks for Highly Stable and Low Dose X-Ray Detection”为题发表在‌Angewandte Chemie International Edition上。四虎影视 博士研究生计翔、博士后陈冯钱为共同第一作者，魏浩桐教授、方千荣教授为共同通讯作者。

论文链接：//doi.org/10.1002/anie.4087507