Общество #Новости Москвы 
Марк Андреев Что необычного можно найти на ярмарках Москвы
StolicaMedia, 9 апреля. Химики НИУ ВШЭ и РАН, работающие в составе международной группы, выяснили, почему редкоземельный металл европий теряет свою способность светиться в присутствии органических молекул, а также разработали метод частичного восстановления его светоотдачи. Результаты данного исследования, открывающего возможности для создания более эффективных красных люминесцентных материалов для экранов, опубликованы в журнале Dalton Transactions (18+).
Европий отвечает за яркое красное свечение в экранах смартфонов и прочих люминесцентных устройствах. Однако при взаимодействии с органическими молекулами-лигандами (ацилпиразолонами) его люминесценция значительно снижалась, тогда 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, смогла разгадать эту загадку.
В течение десяти лет ученые синтезировали кристаллы трех серий соединений самария, европия и гадолиния с ацилпиразолонами, исследовали их структуру и изучали люминесценцию. Ключевой эксперимент был проведен при очень низкой температуре (-196 градусов), что позволило устранить шумовые процессы и выявить скрытые механизмы переноса энергии.
Выяснилось, что в комплексах европия возникает дополнительное состояние с переносом заряда — «черное окно». Электронная плотность перемещается от лиганда к иону металла, создавая альтернативный канал для потери энергии. Вместо того чтобы испускать свет, энергия рассеивается в виде тепла. Именно поэтому европий «отказывался» светиться.
Исследователи также продемонстрировали, что, меняя состав комплекса (например, заменяя противоион), можно частично подавить этот эффект и вернуть европию способность к световыпусканию. Понимание этого механизма откроет новые горизонты для разработки более эффективных и доступных красных люминесцентных материалов для дисплеев, а также для люминесцентных термометров и химических сенсоров.
Ученые также провели сравнение полученных данных с данными относительно очень похожего лиганда, в котором одна из фенильных групп была заменена на циклогексил — молекулярный фрагмент в виде кольца из шести атомов углерода. Оказалось, что даже такая незначительная замена кардинально изменяет ситуацию с переносом заряда, причем в положительную сторону: «черное окно» перестает функционировать, и европий начинает светиться. Это подтвердило предположения исследователей о природе подавления свечения европия.
«Мы тщательно изучили люминесцентные характеристики всех полученных соединений и в итоге выявили причину «плохого» поведения европия. В отличие от комплексов самария, в комплексах европия активируется дополнительный путь потери 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 провели сравнение полученных результатов с данными для аналогичного 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 в корне меняет ситуацию с переносом заряда, причем в лучшую сторону: «черное окно» перестает работать, и европий начинает светиться. Это подтвердило предположения исследователей о природе подавления свечения европия.
«Ранее химики просто знали, что с ацилпиразолонами европий не совместим, но причины оставались неясными. Теперь мы понимаем 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 сможем контролировать этот процесс, то сможем создавать не только яркие красные материалы для дисплеев, но и высокочувствительные люминесцентные термометры и химические сенсоры на основе европия. Ранее комплексы европия с данными лигандами считались практически бесполезными для создания светящихся материалов,» — заключил Юрий Белоусов.
Источник
