Модель молекулы люминофора. Источник: Пресс-служба СПбГУ
Разработка современных энергосберегающих технологий — одно из важнейших направлений исследований в связи с постоянным ростом потребления электроэнергии жителями планеты. На текущий момент самым энергоэффективным источником света считаются органические светодиоды (OLED), которые используются в большинстве дисплеев всем известных электроприборов: от фитнес-браслетов до смартфонов, фотоаппаратов и телевизоров.
При этом одними из наиболее перспективных светоизлучающих материалов, используемых в изготовлении OLED-устройств, являются металлорганические соединения — химические соединения, в молекулах которых атом металла непосредственно связан с одним или несколькими атомами углерода. Такие соединения уже нашли применение в светоизлучающих слоях OLED-устройств, в люминесцентных сенсорах и биологических метках, используемых в медицине. Однако диоды синего свечения в таких устройствах служат меньше красных и зелёных, поэтому сегодня химики активно занимаются созданием новых эффективных источников видимого излучения.
Учёные Санкт-Петербургского государственного университета совместно с химиками из ТПУ синтезировали люминесцирующий материал нового типа и нашли способ управления его излучением. Как отмечает руководитель исследования, доцент кафедры физической органической химии СПбГУ Михаил Кинжалов, зачастую оптические свойства металлорганических соединений определяются не только их молекулярной структурой, но и системой связей между молекулами. Так, молекулы вещества соединяются в супрамолекулярные ансамбли, а изменение взаимного расположения молекул в этой структуре может привести к изменению свойств всего материала, сделав его эффективнее.
В качестве основы для новых молекул учёные взяли органические соединения платины — в них атом металла и органический фрагмент работают как единая система, что приводит к улучшению оптических свойств. Чтобы увеличить силу свечения, необходимо увеличить жёсткость вещества — этой цели удалось достичь за счёт вовлечения молекул люминофора в супрамолекулярный ансамбль, построенный за счёт межмолекулярного галогенного связывания атомов йода и хлора.
«Как стало ясно во время исследования, при замене одного органического растворителя на другой во время процесса кристаллизации можно получить люминофор с другими оптическими свойствами. Например, если заменить растворитель хлороформ на ацетонитрил, вместо зелёного люминофора мы получим оранжевый. При этом оба вещества будут иметь одинаковые состав и молекулярную структуру, а разница в цвете излучения объясняется разным взаимным расположением молекул в кристаллах и их взаимодействием друг с другом», — рассказал Михаил Кинжалов.
Один из авторов работы, аспирант кафедры физической органической химии СПбГУ Элина Соколова. Источник: Эмир Вильданов
С помощью рентгеноструктурных исследований учёные установили, что в кристаллах оранжевого люминофора наблюдается межмолекулярное взаимодействие атомов платины двух соседних молекул, а в зелёном люминофоре такие «отношения» отсутствуют. Кроме того, химики СПбГУ обнаружили, что эффективность свечения оранжевого люминофора в 24 раза превосходит этот показатель у зелёного вещества. Эксперименты подтвердили, что повышение эффективности люминесценции носит систематический характер и обусловлено взаимодействием между атомами платины. Таким образом, изменяя условия кристаллизации вещества, химики могут управлять люминесценцией заданных веществ.
Однако, по словам руководителя исследования Михаила Кинжалова, универсального способа получения кристаллов люминофоров с заданными оптическими характеристиками пока не существует. Для этого необходимо больше экспериментальных данных о влиянии тех или иных нековалентных связей на свойства веществ. Учёные СПбГУ планируют создать технологию, которая позволит контролируемо управлять свечением веществ и тем самым осуществить переход к ресурсосберегающей энергетике за счёт использования органических источников света. Отметим, что ранее учёные СПбГУ синтезировали люминесцентные наночастицы, которые помогут проводить медицинские исследования с контрастом.
Разработка способа управления светящимися способностями кристаллов металлорганических соединений проводилась в рамках гранта Российского научного фонда.
ссылка на оригинал статьи https://habr.com/ru/articles/703770/
Добавить комментарий