Skip to Content

ФОРА ДЛЯ ЛЮМИНОФОРОВ

Лантаноиды — это пятнадцать химических элементов таблицы Менделеева от лантана до лютеция. Материалы, содержащие эти редкоземельные металлы, за счет своих свойств перспективны, в частности, для создания электроники нового поколения. Научная сотрудница лаборатории фторорганических соединений Института органического синтеза им. И.Я. Постовского УрО РАН, кандидат химических наук Юлия Кудякова «конструирует» металлоорганические вещества на основе лантаноидов и фторсодержащих карбонильных соединений и исследует свойства получившихся материалов, определяя наиболее удачные варианты. Подробнее о проекте, поддержанном грантом Президента РФ, исследовательница рассказала в интервью «НУ».
— Юлия, как могут применяться разрабатываемые вами наноразмерные оксидные материалы?
— Полиядерные кластеры лантаноидов могут быть компонентами или исходными веществами в создании новых материалов с улучшенным набором физико-химических свойств, которые служат основой для разработки высокоэффективных устройств и приборов. К таким материалам можно отнести, например, пьезоэлектрики, магнетики и сверхпроводники. Также лантанидные кластеры могут применяться в металлоорганических люминесцентных системах. В этом отношении уникальные свойства кластеров обусловлены их наноразмерностью — не более 3–5 нанометров. Люминофоры такого типа обладают высокой чувствительностью, специфичностью методов обнаружения и перспективны для создания оптоэлектронных устройств, флуоресцентных сенсоров различного назначения, молекулярно-биологических и иммунологических маркеров. При этом важно найти удобные, экономичные и воспроизводимые методы синтеза данных веществ.
— Какими еще полезными характеристиками они обладают?
— Главный их плюс состоит в том, что для создания конечного материала необходимо введение малых количеств лантанидных кластеров — не более 1–3 массовых процентов. При этом в зависимости от поставленной задачи от этих добавок можно получить комплексный эффект. Так, модификация полимеров с использованием лантанидных кластеров значительно влияет на магнитные, оптические, электропроводящие, каталитические и сорбционные свойства получаемого материала.
— В качестве основы взяты комплексы так называемых фторсодержащих дикетонов с лантаноидами. Почему выбраны именно они?
— В получении наноразмерных лантанидных оксидов мы ориентировались на известный в нанохимии подход «снизу — вверх», то есть переход от ионов металлов к кластерам. В этом процессе важную роль играют органические молекулы, так называемые лиганды, которые позволяют контролировать размер наночастиц. 1,3-дикарбонильные соединения — один из наиболее востребованных классов органических веществ для синтеза различных металлоорганических структур. Так, например, β-дикетоны — важнейшие представители класса 1,3-дикарбонильных соединений — демонстрируют уникальную возможность образовывать координационные соединения с большим количеством элементов Периодической таблицы, включая лантаноиды.
Введение полифторалкильных групп делает возможными фтор-фтор и/или фтор-водород взаимодействия. Это приводит к особой межмолекулярной организации, что является важным фактором при получении молекулярных (металлоорганических) структур в кристаллическом состоянии, влияющем на физико-химические свойства материалов. Также замена углеводородного заместителя на фторсодержащий увеличивает термостабильность веществ, повышает растворимость металлокомплексов в органических растворителях, тем самым облегчая их выделение, очистку и получение монокристаллов. Многолетний опыт нашей лаборатории под руководством члена-корреспондента РАН Виктора Салоутина демонстрирует успешное применение фторсодержащих соединений в химии материалов.
— Есть ли какие-то исследовательские вызовы, которые необходимо решить для выхода на финальную стадию разработки?
— Проект носит фундаментальный характер, в котором главная задача — осуществить контролируемый переход от металлокомплексов к кластерам с заданной структурой и размерами. Еще одна важная фундаментальная проблема, над решением которой мы работаем, — это определение зависимости «природа органического лиганда — структура металлокомплекса — физико-химические свойства кластеров». В конечном итоге найденные закономерности могут быть эффективно использованы при целенаправленной разработке материалов с заданными свойствами.
— Что уже сделано на текущий момент?
— Наша работа междисциплинарная и находится на стыке органической, неорганической и координационной химии. За первый год реализации проекта мы синтезировали уникальные фторсодержащие дикетонаты, которые имеют несколько центров для связывания с ионами металлов. Благодаря оригинальной структуре лигандов нам удалось осуществить сборку лантанидных комплексов, содержащих в одной молекуле от двух до трех атомов металлов. При этом мы научились комбинировать с лантаноидами другие металлы, в частности, щелочные. Тандем «лантаноид — щелочной металл» проявил весьма интересные свойства: в ряду этих комплексов были обнаружены молекулярные магнетики и соединения, обладающие механолюминесценцией, т.е. способностью вещества светиться при механическом воздействии на него.
— Какие ближайшие перспективы исследований в этом направлении?
— В ближайшем будущем мы планируем разработать методы синтеза кластеров, содержащих от 3 до 10 ионов лантаноидов, а также изучить зависимость свойств наночастиц от структуры и состава металлоорганических структур. Чтобы определить эффект, оказываемый наноразмерными комплексами лантаноидов на конкретный материал, мы собираемся провести ряд экспериментов по получению их композитов с органическими и неорганическими полимерами.
Беседу вел Павел КИЕВ
На фото: процесс определения механолюминесцентных свойств (растирание кристаллов диспрозиевого комплекса между двух стеклянных пластин);
статья Юлии Кудяковой и ее коллег на обложке научного журнала ˝Inorganic Chemistry Frontier˝
 
Год: 
2020
Месяц: 
май
Номер выпуска: 
9-10
Абсолютный номер: 
1213
Изменено 22.05.2020 - 14:19


2012 © Российская академия наук Уральское отделение
620990, г. Екатеринбург, ул. Первомайская, 91
makarov@prm.uran.ru +7(343) 374-07-47