Российские химики пролили свет на лантаноиды — Naked Science
10 минут
ФизТех

Российские химики пролили свет на лантаноиды

3.9

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

Российские химики пролили свет на лантаноиды / ©www.vivu.ru

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.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.
Позавчера, 09:30
9 минут
РНФ

Лечение онкологических заболеваний стандартным методом химиотерапии не только уничтожает злокачественные клетки, но и повреждает здоровые. Для решения проблемы российские ученые разработали химически «сшитые» вещества, способные избирательно накапливаться в «энергетических станциях» раковых клеток — митохондриях. Липофильный катион транспортирует вещество в клетки, а функционально активный компонент, бетулиновая кислота, провоцирует их гибель. Предполагается, что препарат будет воздействовать только на злокачественные клетки, что в будущем дает возможность лечения онкологии без тяжелых побочных эффектов.

Позавчера, 12:00
2 минуты
Илья Ведмеденко

Как следует из обнародованных материалов, дальность действия перспективной американской системы гиперзвукового оружия Long Range Hypersonic Weapon превышает 2775 километров.

11 часов назад
1 минута
Мария Кривоченко

Видео Инги Аванесовой завораживают своей величественностью и безмятежностью. Глядя на них, создается впечатление, что ночь — это не просто другое время суток, а некое иное измерение.

11 мая
6 минут
Сергей Васильев

Имплантированное мышам устройство позволило удаленно управлять их социальными взаимодействиями, «включая» или «выключая» дружелюбие.

11 мая
3 минуты
Мария Кривоченко

Рейс должен состояться 26 мая. Полет продлится три часа. Пассажиры смогут увидеть суперлуние, которое в этот раз совпадет с полным лунным затмением. Происходящее будет комментировать нанятый астроном.

12 мая
8 минут
ДВФУ

Ученые разработали технологию лазерной печати кремниевых наночастиц – строительных блоков для миниатюрных фотонных переключателей, сверхтонких компьютерных чипов, микробиологических сенсоров и таких «метаповерхностей», как маскирующие покрытия. Преимущество технологического процесса в скорости и низкой стоимости изготовления, возможности покрывать частицами большие площади и уже сейчас масштабировать его на реальные практические задачи. Это поможет сделать VR-очки и другую электронику миниатюрнее, а их производство — дешевле.

16 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

23 апреля
11 минут
Василий Парфенов

Действующий глава NASA в рамках общения с прессой ответил на ряд вопросов, касающихся недавних заявлений российских политиков и главы «Роскосмоса» о скором отказе от собственного сегмента МКС. Администратор заверил всех, что агентство находится в хороших отношениях с Россией, а также поделился информацией о согласовании обмена местами для астронавтов и космонавтов в пилотируемых миссиях двух стран.

25 апреля
17 минут
Александр Березин

На этой неделе СМИ выдали новость, от которой можно впасть в шок: «Ранее из России уезжало около 14 тысяч исследователей [в год], теперь — 70 тысяч». Мы внимательно разобрались в ситуации и вынуждены отметить, что ничего подобного не было и нет. В реальности речь вовсе не об ученых и даже не о высококвалифицированных специалистах. Проблемы с учеными в России есть. Но в этом случае речь идет не о них, а о том, что отдельные бывшие комсомольские вожаки, удачно устроившиеся в РАН, перепутали утечку мозгов из России с отъездом из нее гастарбайтеров. Разбираемся, как это у них получилось.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: