Российские химики пролили свет на лантаноиды

Рисунок 1. 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

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

«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.

В настоящий момент в промышленности используются координационные или металлоорганические соединения благородных металлов — в основном платины и иридия. Эти соединения 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.

 

Фото. Люминесценция комплексных соединений лантаноидов: тербия (зеленая) и европия (красная) с органическими лигандами под действием УФ-излучения. Предоставлено авторами исследования

«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.

 

Рисунок 2. Преобразование УФ-излучения в видимый свет координационными соединениями лантаноидов. Пресс-служба МФТИ

«Таким образом мы увеличиваем степень поглощения света в 3–4 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.

Пресс-служба МФТИ

Добавить комментарий

Комментарии не должны оскорблять автора текста и других комментаторов. Содержание комментария должно быть конкретным, написанным в вежливой форме и относящимся исключительно к комментируемому тексту.


Защитный код
Обновить

Срочные новости

Душистые и плодовые улицы Дубны

Вновь образованным улицам в поселке для многодетных Юркино присвоены имена.

Танцевальный "Весенний ренессанс-20…

27 апреля в зале администрации Дубны (ул.Академика Балдина, 2) впервые состоятся соревнования по тан...

Работа в Дубне есть

Вакансии ГКУ МО Дубненский ЦЗН на 25 апреля.

Лицей №6 Дубны попал топ-5 Подмосковья

По результатам регионального этапа Всероссийской олимпиады школьников Дубненский лицей №6 имени Г.Н...

Учитель третьеклашек Марина Борисовна

Каждый месяц мы представляем учителя Дубны, награжденного грантом ОИЯИ за профессиональные достижени...

Реклама

Объявления

Новости бизнеса

Заявки на субсидию МСП принимаются онлайн

Уважаемые предприниматели города Дубны! Одна из муниципальны...

«Союз» науки и разработчиков в нефтегазовой отрасл…

По инициативе резидента ОЭЗ «Дубна» компании «ИНТЕХ-Сервис» ...

ОЭЗ Дубна» пополнили четыре резидента с инвестиция…

Один из четырех новых резидентов ОЭЗ «Дубна» компания «Альфа...

52 квартиры для резидентов ОЭЗ «Дубна» в новом дом…

На прилегающей к Российскому центру программирования террито...

Первая компания из Италии может стать инвестором О…

Итальянская фирма «Flame Sргеу» заинтересована в развитии ...

Мы в соц сетях

VK
ОК
FB
G+

 

Блоги

Подпишитесь на новые события нашего сайта:Подписаться