Новости

Участница проекта Виктория Гончаренко изучает структуру образцов с помощью дифрактометра.
Источник: Виктория Гончаренко

Ученые нашли способ задавать свойства синтетическим материалам на основе европия ? редкоземельного металла, излучающего красное свечение под ультрафиолетом, ? применяя в производстве различные спирты. Предложенный метод позволил регулировать структуру продуктов, их стабильность и эффективность люминесценции. При этом нестабильные соединения со временем сами перестраивались в прочные полимеры, которые светились ярче аналогов и выдерживали нагрев до 300 °C. Полученные данные позволят синтезировать новые материалы с контролируемыми оптическими свойствами для биомедицины, создания ?умных? сенсоров и датчиков, а также для защиты денег и документов от подделок. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Inorganic Chemistry Communications.

Соединения на основе европия излучают красное свечение под действием ультрафиолета, благодаря чему широко используются в оптической электронике для создания дисплеев, лазерных кристаллов, медицинских и промышленных датчиков. Такие материалы производят с использованием двух типов органических молекул ? лигандов. Отрицательно заряженные ?антенные? лиганды поглощают ультрафиолетовый свет и передают энергию ионам европия. Однако при этом с металлом связываются молекулы растворителя, ухудшая его способность светиться, поэтому в синтезе применяют вспомогательные лиганды второго типа ? нейтральные. Это молекулярные ?заглушки?, которые не дают растворителю встраиваться в соединения. Одновременное использование нескольких лигандов с различным строением и свойствами усложняет исследование и предсказание фотофизических свойств получаемых материалов.

Исследователи из Физического института имени П. Н. Лебедева РАН (Москва), Национального исследовательского университета ?Высшая школа экономики? (Москва) и Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова (Москва) предложили способ производства соединений европия без дополнительных нейтральных лигандов. Новым материалам можно задать определенную структуру и свойства, растворяя хлорид европия с ?антенным? лигандом в разных спиртах.

Ученые синтезировали экспериментальные образцы, используя семь разных спиртов. Во всех случаях комплексы европия сформировались в виде кристаллов различной формы и размера. Полученные соединения сначала были нестабильны, однако, когда спирт испарялся на воздухе или при нагреве, вещества приобретали одинаковую структуру в виде полимера ? прочной молекулярной цепочки. При использовании объемных спиртов с разветвленным строением, таких как изопропанол или третбутанол, процесс полимеризации протекал значительно быстрее. Материалы, синтезированные с помощью линейных спиртов, например этанола или метанола, отличались большей стабильностью.

Авторы исследовали структуру восьми образцов (семи молекулярных комплексов и одного образующегося на их основе полимера) с помощью рентгеновских лучей. Оказалось, что в семи молекулярных соединениях ионы европия связывались с тремя ?антенными? лигандами и двумя молекулами спирта. В полимере, полученном на основе этих соединений путем нагрева, образовалась дополнительная связь европия не со спиртом, а с ?антенным? лигандом соседней молекулы, что придало материалу прочность. Химики также изучили физико-химические свойства всех полученных материалов и протестировали их способность люминесцировать ? излучать свет под действием ультрафиолета. Люминесценция полимера оказалась в 1,5?3 раза интенсивнее, чем у нестабильных образцов.

Полимер также обладал уникальным люминесцентным ?отпечатком?: он излучал яркий свет в тех диапазонах, где свечение других образцов угасало. Это позволит использовать вещество для маркировки банкнот и ценных документов, чтобы защитить их от подделок. Кроме того, результаты исследования открывают путь к созданию новых синтетических медицинских материалов для диагностики патологических изменений в тканях. Также синтезированные новым методом соединения будут полезны при производстве сенсоров для промышленного мониторинга, например выявления утечек вредных веществ.

?Подобных полимерных комплексов без дополнительного нейтрального лиганда в мире известно не более десяти. При этом наш оказался самым стабильным и наиболее эффективным по люминесценции. Исследование помогло понять, как формировать такие структуры. На следующем этапе мы планируем применить эти знания для синтеза соединений редкоземельных элементов с другими антенными лигандами со схожим химическим строением, а также изучить их свойства?, ? рассказывает участница проекта, поддержанного грантом РНФ, Виктория Гончаренко, младший научный сотрудник лаборатории ?Молекулярная спектроскопия люминесцентных материалов? Физического института РАН.

https://inscience.news/ru/article/russian-science/zamena-rastvoritelya-uprostila-proizvodstvo