Ученые раскрыли двойную роль фтора в свечении люминесцентных материалов
Фторирование люминесцентных соединений может не только усиливать, но и почти полностью подавлять их свечение. Эффект зависит от того, какие электронные состояния возникают в молекуле.
Источник: Алисия Цориева / ФИАН. Члены лаборатории «Молекулярной спектроскопии люминесцентных материалов», принимавшие участие в создании этой работы.
МОСКВА, 27 июля /Новости науки/. Фторирование способно снижать эффективность свечения материалов почти в 50 раз. Об этом 26 июля сообщила пресс-служба Российского научного фонда (РНФ).
Открытие поможет точнее проектировать люминесцентные материалы для светодиодов, оптических сенсоров, защитных меток и биомедицинской диагностики. Ранее замену атомов водорода на фтор считали почти универсальным способом сделать свечение ярче.
«Работа показывает, что сама по себе эта химическая модификация не гарантирует повышения эффективности свечения. При разработке новых соединений необходимо учитывать возможность образования состояний с переносом заряда, которые могут полностью изменить пути миграции энергии в молекуле», — рассказал руководитель проекта, заведующий лабораторией ФИАН Илья Тайдаков.
Исследователи из ФИАН, МГТУ имени Н. Э. Баумана и Института спектроскопии РАН изучили комплексы европия, тербия и гадолиния с полностью фторированным органическим лигандом. Для наблюдения за переносом энергии ученые использовали несколько видов спектроскопии, включая ультрабыструю переходную абсорбционную спектроскопию.
Атомы фтора действительно уменьшили потери энергии, связанные с колебаниями химических связей. Однако одновременно в молекулах возникло новое электронное состояние с переносом заряда между лигандом и ионом металла. Через него энергия стала расходоваться без испускания света.
Сильнее всего этот эффект проявился в комплексе европия. У соединения без фтора в собственное излучение преобразовывалось около 47% энергии падающего света, а после фторирования — примерно 1%. Похожее подавление люминесценции ученые обнаружили в комплексе тербия.
В случае гадолиния фторирование, напротив, дало положительный результат. Поскольку в комплексе не возникало состояния с переносом заряда, возбужденный органический лиганд сохранял энергию дольше. В результате материал ярко фосфоресцировал при комнатной температуре — такое продолжительное послесвечение редко встречается у подобных молекулярных систем.
Соединения лантаноидов испускают интенсивное свечение, но сами ионы этих металлов слабо поглощают свет. Поэтому их окружают органическими лигандами, работающими как молекулярные «антенны»: они принимают световую энергию и передают ее металлу. Результаты исследования опубликованы в журнале Inorganic Chemistry Frontiers.
Открытие поможет точнее проектировать люминесцентные материалы для светодиодов, оптических сенсоров, защитных меток и биомедицинской диагностики. Ранее замену атомов водорода на фтор считали почти универсальным способом сделать свечение ярче.
«Работа показывает, что сама по себе эта химическая модификация не гарантирует повышения эффективности свечения. При разработке новых соединений необходимо учитывать возможность образования состояний с переносом заряда, которые могут полностью изменить пути миграции энергии в молекуле», — рассказал руководитель проекта, заведующий лабораторией ФИАН Илья Тайдаков.
Исследователи из ФИАН, МГТУ имени Н. Э. Баумана и Института спектроскопии РАН изучили комплексы европия, тербия и гадолиния с полностью фторированным органическим лигандом. Для наблюдения за переносом энергии ученые использовали несколько видов спектроскопии, включая ультрабыструю переходную абсорбционную спектроскопию.
Атомы фтора действительно уменьшили потери энергии, связанные с колебаниями химических связей. Однако одновременно в молекулах возникло новое электронное состояние с переносом заряда между лигандом и ионом металла. Через него энергия стала расходоваться без испускания света.
Сильнее всего этот эффект проявился в комплексе европия. У соединения без фтора в собственное излучение преобразовывалось около 47% энергии падающего света, а после фторирования — примерно 1%. Похожее подавление люминесценции ученые обнаружили в комплексе тербия.
В случае гадолиния фторирование, напротив, дало положительный результат. Поскольку в комплексе не возникало состояния с переносом заряда, возбужденный органический лиганд сохранял энергию дольше. В результате материал ярко фосфоресцировал при комнатной температуре — такое продолжительное послесвечение редко встречается у подобных молекулярных систем.
Соединения лантаноидов испускают интенсивное свечение, но сами ионы этих металлов слабо поглощают свет. Поэтому их окружают органическими лигандами, работающими как молекулярные «антенны»: они принимают световую энергию и передают ее металлу. Результаты исследования опубликованы в журнале Inorganic Chemistry Frontiers.
