Исследователи из Физического института имени П.Н. Лебедева РАН синтезировали три новых комплекса металла европия и выяснили, как замена одного атома в молекуле влияет на яркость свечения. Светящиеся соединения на основе лантаноидов востребованы в биологии и медицине для визуализации тканей и отслеживания распределения лекарств, а также в технике — для создания энергоэффективных дисплеев и светодиодов. Результаты опубликованы в журнале Dalton Transactions.
Лантаноиды обладают уникальной электронной оболочкой, дающей характерный спектр свечения, но сами по себе плохо поглощают свет. Химики «пришивают» к ним органические молекулы (лиганды), которые улавливают энергию и передают её металлу. Однако предсказать эффективность такого комплекса сложно: даже небольшое изменение в строении лиганда может неожиданно повлиять на итоговое свечение. Авторы взяли известную органическую молекулу и ввели в её каркас фрагменты с атомами кремния, германия или олова, а затем связали полученные лиганды с ионами европия.
Наиболее эффективная люминесценция наблюдалась у комплекса с кремнием: квантовый выход свечения у него был в полтора раза выше, чем у комплекса с оловом. Кремний, с одной стороны, усиливает поглощение света, с другой — не запускает побочный механизм потери энергии, который возник в случае более тяжёлых германия и олова. Кроме того, кремний считается более безопасным по сравнению с германием и оловом, что позволяет использовать новый комплекс в качестве светящейся метки для биомедицины.
Авторы показали, что можно управлять эффективностью переноса энергии в молекуле и повышать яркость люминесценции, заменяя всего один атом, а не синтезируя большое число похожих соединений. В дальнейшем учёные планируют изучить дополнительные модификации наиболее успешного комплекса с кремнием, чтобы создать ещё более эффективные светящиеся материалы. Исследование выполнено при поддержке гранта РНФ.
Изображение: Люминесценция новых образцов при облучении ультрафиолетовым светом. Источник: Евгения Вараксина / Физический институт имени П.Н. Лебедева РАН.