Общество #Новости Москвы 
Марк Андреев Что необычного можно найти на ярмарках Москвы
StolicaMedia, 9 апреля. Химики НИУ ВШЭ и РАН в составе международной группы исследователей выяснили, почему редкоземельный металл европий теряет способность светиться в присутствии органических молекул, и нашли способ частично восстановить его свечение. Результаты данной работы, открывающей новые горизонты для создания более эффективных красных люминесцентных материалов для дисплеев, опубликованы в журнале Dalton Transactions (18+).
Европий отвечает за яркое красное свечение в дисплеях смартфонов и других люминесцентных устройствах. Однако, когда он соединяется с органическими лигандами (ацилпиразолонами), его люминесценция резко снижается, в то время как другие редкоземельные элементы, такие как тербий и самарий, начинают светиться интенсивно. Международная команда ученых, в которую вошли химики из НИУ ВШЭ, ФИАН, МГУ, ИОНХ РАН, МГТУ имени Баумана и ИТФ имени Л.Д. Ландау, разгадала этот парадокс.
В течение десяти лет ученые занимались выращиванием кристаллов трех серий соединений самария, европия и гадолиния с ацилпиразолонами, расшифровывали их структуру и исследовали люминесценцию. Ключевой эксперимент был проведен при крайне низкой температуре (-196 градусов), что дало возможность исключить шумовые процессы и наблюдать скрытые механизмы переноса энергии.
Оказалось, что в комплексах европия возникает дополнительное состояние с переносом заряда — «черное окно». Электронная плотность перемещается от лиганда к иону металла, создавая альтернативный путь утраты энергии. Вместо того чтобы излучать свет, энергия рассеивается в виде тепла. Именно поэтому европий «отказывался» светиться.
Ученые также продемонстрировали, что, меняя состав комплекса (например, заменяя противоион), можно частично подавить это угасание и вернуть европию способность излучать свет. Понимание данного механизма откроет возможности для создания более эффективных и доступных красных люминесцентных материалов для дисплеев, а также для люминесцентных термометров и химических сенсоров.
Исследователи также сравнили свои результаты с данными для схожего лиганда, в котором одна из фенильных групп была заменена на циклогексил — фрагмент молекулы в виде кольца из шести атомов углерода. Оказалось, что даже такая минимальная замена существенно изменяет ситуацию с переносом заряда, причем в положительном направлении: «черное окно» перестает функционировать, и европий начинает светиться. Это подтвердило предположения ученых о природе подавления свечения европия.
«Мы тщательно исследовали люминесцентные свойства всех полученных соединений и наконец определили причину «плохого» поведения европия. В отличие от комплексов самария, в комплектах европия активируется дополнительный путь утраты энергии — состояние с переносом заряда от лиганда к металлу. Это своего рода черная дыра, которая поглощает энергию, полученную ионом европия от лиганда, и не позволяет этому иону излучать свет», — отметил доцент базовой кафедры неорганической химии и материаловедения ИОНХ РАН на факультете химии НИУ ВШЭ, старший научный сотрудник Физического института имени П.Н. Лебедева РАН Юрий Белоусов.
Ученые также сравнили полученные результаты с данными для очень похожего лиганда, где одна из фенильных групп была заменена на циклогексил — фрагмент молекулы в виде кольца из шести атомов углерода. Оказалось, что даже такая небольшая замена кардинально меняет ситуацию с переносом заряда, причем в лучшую сторону: «черное окно» перестает работать, и европий наконец начинает светиться. Это подтвердило догадки исследователей о природе подавления свечения европия.
«Ранее химики просто знали, что с ацилпиразолонами европий не взаимодействует, но причины этого были неясны. Теперь мы осознаем механизм. Это знание позволяет нам осознанно подбирать окружение для иона европия — правильный катион и структуру комплекса, — чтобы блокировать нежелательные состояния с переносом заряда. Если мы смогли контролировать этот процесс, то сможем создавать не только яркие красные материалы для дисплеев, но и высокочувствительные люминесцентные термометры и химические сенсоры на основе европия. А ведь до этой работы комплексы европия с данными лигандами считались практически бесполезными для создания светящихся материалов», — заключил Юрий Белоусов.
Источник
