Исследователи из Физического института имени П.Н. Лебедева РАН совместно с коллегами из МГУ имени М.В. Ломоносова и Института спектроскопии РАН синтезировали новые комплексы трехвалентного иттербия с органическими лигандами, которые демонстрируют рекордную эффективность свечения в ближнем инфракрасном диапазоне. Под действием ультрафилетового излучения (350–390 нанометров) такие соединения излучают инфракрасный свет с квантовой эффективностью до 7% — вдвое выше, чем у известных аналогов. Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда.
Комплексы трехвалентного иттербия с органическими молекулами (лигандами) способны излучать свет в ближнем инфракрасном диапазоне под воздействием ультрафиолета. Эта особенность делает их востребованными в медицине — для поиска опухолей, изучения живых тканей — и в люминесцентной термометрии, где температуру определяют по интенсивности свечения.
Однако ранее их квантовый выход не превышал 3,5% из-за неполного переноса энергии между лигандами и центральным ионом в соединении. Кроме того, для ионов, излучающих в инфракрасном диапазоне, характерно так называемое тушение — процесс, когда часть энергии возбужденного светом иона расходуется не на излучение, а уходит, например, в тепло. Повысить эффективность люминесценции до сих пор удавалось лишь сложными и дорогостоящими методами, поэтому ученые ищут более доступные альтернативы.
В качестве органических компонентов авторы использовали производные пиразолона — гетероциклического соединения с атомами углерода, азота и кислорода — и добавили вспомогательные лиганды, содержащие атомы фосфора или мышьяка. Оказалось, что механизм передачи энергии в синтезированных соединениях сильно отличается от описанного в литературе для похожих комплексов. В частности, основную роль в передаче энергии играют так называемые состояния с переносом заряда, возникающие при возбуждении молекулы светом и существующие за счет передачи электронов между молекулами лигандов. Также ученые показали, что правильно подобранные дополнительные лиганды одновременно подавляют процессы тушения.
Синтезированные комплексы показали двукратное увеличение эффективности люминесценции по сравнению с известными аналогами. В перспективе комплексы можно будет использовать в биомедицине для исследования живых тканей, а также в оптоэлектронике и лазерных технологиях.
«Работа позволяет по-новому посмотреть на способы создания комплексов на основе координационных соединений иттербия с ярким свечением в ближнем инфракрасном диапазоне. Такие молекулы перспективны для разработки новых материалов для биовизуализации, люминесцентной микроскопии и люминесцентной термометрии — метода измерения температуры объектов по их свечению. В дальнейшем мы продолжим изучать механизмы передачи энергии в комплексах лантаноидов — группы элементов, к которой относится иттербий, — для разработки новых методов направленного дизайна эффективных и практически значимых люминесцентных материалов», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Илья Тайдаков, доктор химических наук, заведующий лабораторией «Молекулярная спектроскопия люминесцентных материалов» отделения оптики ФИАН
Результаты опубликованы в International Journal of Molecular Sciences
Подробности — в материале газеты «Коммерсант»
