Российские химики пролили свет на лантаноиды

Ученые из Физического института РАН и МФТИ получили новые органические соединения, необходимые для создания эффективно люминесцирующих материалов на основе лантаноидов.

3 699

Выбор редакции

Люминесцентные свойства этих веществ сопоставимы с используемыми сегодня в промышленности соединениями благородных металлов, но их производство будет в разы дешевле.

 

Работа опубликована в Beilstein Journal of Organic Chemistry.

 

Люминесцентные материалы — материалы, которые при облучении их светом сами начинают светиться. Спектр применения этих материалов чрезвычайно широк.

 

Они нужны для изготовления защитных маркировок, создания источников света и оптико-электронных устройств, в частности органических светодиодов (OLED), которые сейчас широко применяются  например, в лазерах.

 

Одним из интересных приложений являются конвертеры излучения для солнечных батарей и теплиц. Конвертером может быть пластмассовая пластинка, в которой растворено такое соединение.

 

При попадании на нее солнечного света излучение в синей области спектра поглощается и преобразуется в красное. Такие устройства популярны в аграрной отрасли, поскольку растениям нужен именно красный свет.

 

Аналогично повышается степень преобразования солнечного света в кремниевой батарее, поскольку можно использовать ультрафиолетовую часть спектра солнца, к которой сама батарея не чувствительна.

 

Российские химики пролили свет на лантаноиды

Удлинение фторированной цепочки углеродных атомов в боковой цепи структуры молекулы теноилтрифторацетона. Серым цветом изображены атомы углерода, желтым — серы, красным — кислорода, голубым — фтора / Пресс-служба МФТИ

 

«Мы занимаемся синтезом координационных соединений лантаноидов (элементов с атомными номерами с 57 по 71) для различных люминесцентных применений.

 

Координационными называют обширный класс соединений, в которых вокруг одного атома собирается каркас из органических молекул.

 

Соединения лантаноидов, которые мы изучаем, имеют потенциальные преимущества перед теми соединениями, которые используются в настоящее время в электронике», — рассказывает один из авторов работы, ведущий научный сотрудник лаборатории технологий 3D-печати функциональных микроструктур МФТИ Илья Тайдаков.

 

На сегодня в промышленности используются координационные или металлоорганические соединения благородных металлов — в основном платины и иридия.

 

Они обладают рядом недостатков, что накладывает ограничения на сферу их возможного применения. Невозобновляемые запасы платиновых металлов постоянно уменьшаются, а синтезировать такие материалы сложно, поэтому они дороги, к тому же обладают достаточно низкой монохроматичностью излучения.

 

В отличие от них, координационные соединения лантаноидов существенно дешевле и обладают высокой монохроматичностью, что важно при создании RGB-систем, лазеров, специальных селективных меток.

 

Для получения таких соединений лантаноидов нужны специальные органические молекулы, которые, реагируя с ионами лантаноидов, образуют координационные соединения. Эти органические молекулы должны обладать рядом свойств, чтобы получающиеся комплексы были эффективными люминофорами.

 

На первом этапе своих исследований Илья Тайдаков с коллегами взяли в качестве такой органической молекулы распространенный промышленный реагент — 2-теноилтрифторацетон.

 

Они синтезировали ряд его аналогов, содержащих более длинные фторированные цепочки углеродных атомов в боковой цепи структуры этого реагента, чтобы в будущем исследовать их взаимодействие с ионами лантаноидов.

 

Российские химики пролили свет на лантаноиды

Российские химики пролили свет на лантаноиды

Фото. Люминесценция комплексных соединений лантаноидов: тербия (зеленая) и европия (красная) с органическими лигандами под действием УФ-излучения / Пресс-служба МФТИ

 

«Такие соединения до нас практически не изучались. В рамках этой работы мы предложили метод синтеза, который позволяет получать эти соединения. Оптимизировали его, получили ряд новых производных и полностью их охарактеризовали.

 

Интересно, что по мере увеличения длины фторированной боковой цепи органической молекулы улучшаются люминесцентные свойства, но не до бесконечности, где-то существует оптимум», — говорит Илья Тайдаков.

 

Для того чтобы получить люминесцентный материал на основе лантаноида, необходимо выполнить определенные условия. Сам ион редкоземельного элемента может поглощать и испускать свет. Но эффективность процесса поглощения света очень низка.

 

Решить эту проблему можно, подобрав такую органическую молекулу, у которой высокий коэффициент поглощения.

 

Она эффективно поглощает свет, потом передает полученную энергию на центральный ион лантаноида, который уже и испускает эту энергию в виде света.

 

Российские химики пролили свет на лантаноиды

Преобразование УФ-излучения в видимый свет координационными соединениями лантаноидов / Пресс-служба МФТИ

 

«Таким образом мы увеличиваем степень поглощения света в три-четыре тысячи раз и можем создать материалы, которые будут эффективно люминесцировать, — говорит Илья Тайдаков.

 

— Для каждого лантаноида существует характерный набор полос эмиссии в определенной области спектра. Поэтому для нас является весьма важной задачей создание такого органического кокона, который будет хорошо поглощать свет и образовывать прочную связь с центральным ионом, чтобы добиться эффективной передачи энергии.

 

Сейчас на основе полученных соединений мы создаем комплексные соединения лантаноидов и изучаем их фотофизические свойства».

 

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда и Российского фонда фундаментальных исследований.

Naked Science Facebook VK Twitter
Физтех
142Статьи
Московский физико-технический институт (МФТИ). Блог о последних научных открытиях ученых МФТИ и других российских вузов и исследовательских центров в различных областях науки, от астрофизики до генной инженерии.
3 699
Комментарии
9 ч
Ну так насчет ракет это не версия, это констатация...
9 ч
Ну так если посмотреть на все эти новые частично...
10 ч
Вот не настолько я разбираюсь в конструкциях пусковых...

Колумнисты

Физтех
142Статьи
Сколтех
61Статья
Discovery Channel
39Статей
ТюмГУ
27Статей
СФУ
15Статей
Комментарии

Быстрый вход

Или авторизуйтесь с помощью:

на сайте, чтобы оставить комментарий.
Вы сообщаете об ошибке в следующем тексте:
Нажмите Отправить ошибку