Получено пористое светящееся соединение на основе редкоземельного металла европия

Сотрудники Института металлоорганической химии им. Г.А. Разуваева РАН (Нижний Новгород) и Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН (Москва)впервые синтезировали стабильный пористый трёхмерный каркасный полимер на основе редкоземельного металла европия в двухвалентном состоянии. Соединение проявляет неординарные магнитные свойства, а также имеет яркое свечение (люминесценцию), которое наблюдается в широком диапазоне температур.

Синтезированный полимер найдет применение в люминесцентной термометрии — методе определения температуры объектов по цвету или интенсивности их свечения. Такой подход востребован в промышленности для своевременного обнаружения перегревов оборудования и при контроле качества теплоизоляции в трубопроводах. Благодаря пористой структуре полимер можно будет также применять в качестве сорбента, например, для очистки воздуха от токсичных примеcей. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Chemistry of Materials.

Редкоземельные металлы — это группа из 17 химических элементов, которые редко встречаются в чистом виде в земной коре, что делает их добычу технологически сложной и дорогостоящей. Несмотря на трудности их получения, они применяются в автомобилестроении, энергетике, высокотехнологичной электронике и медицине. Светящиеся соединения на основе редкоземельных металлов находят применение в люминесцентной термометрии. Это метод измерения температуры объектов по изменению их спектра и яркости свечения. Также такие вещества применяются в микроскопии. Поэтому исследователи стремятся создавать соединения редкоземельных металлов со стабильным и ярким свечением.

Учёные синтезировали люминесцентное соединение из двухвалентного европия, бора, азота и углерода. В атмосфере без следов кислорода и влаги авторы смешали растворы йодида европия и аммонийной соли комплексного аниона бора с остатками синильной кислоты. После этого европий сформировал жёлтые кристаллы.

В результате исследователи получили стабильный пористый трехмерный каркасный полимер на основе двухвалентного европия. Пористая структура позволит использовать его в качестве сорбента — материала, способного поглощать другие вещества в жидком, твёрдом или газообразном состоянии, что может быть полезно, например, для очистки воды.

Также оказалось, что полученное соединение проявляет медленную релаксацию намагниченности — изменение направления намагниченности, подобное изменению направления магнитной стрелки, но в масштабах отдельной молекулы. При этом, исходя из структуры и химического состава, исследуемое вещество вовсе не должно было обладать таким эффектом. Тем не менее, новое соединение проявляло магнитную неоднородность. Это всего второй известный пример проявления медленной релаксации намагниченности двухвалентного европия. Открытие этого явления у данного вещества позволит специалистам лучше понять природу химической связи в соединениях редкоземельных металлов.

Кроме того, у полученного соединения авторы обнаружили яркую люминесценцию алого и желтого цветов. Они выяснили, что свечение сильно зависело от температуры: максимальный спектр люминесценции наблюдался в диапазоне от −196 °C до +226 °C. То есть можно было увидеть, что в жидком азоте (минимальная температура) вещество ярко люминесцирует алым цветом, тогда как при максимальном нагреве спектр люминесценции становился светло-жёлтым.

«Мы продолжим получать новые люминесцентные соединения, в том числе пористые, содержащие двухвалентный европий, так как его применение довольно широкое, и создание соединений на его основе может быть полезным в разных направлениях промышленности. Касательно полученного в этой работе вещества, нам бы хотелось изучить его возможности как сорбента и исследовать его люминесценцию при заполнении пор различными молекулами», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Василий Ильичёв, кандидат химических наук, старший научный сотрудник сектора комплексов редкоземельных элементов ИМХ РАН.

Источник: Официальный сайт РАН