Ученые из Института общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова РАН (ИОНХ РАН) и Физического Института им. П. Н. Лебедева РАН (ФИАН) синтезировали и исследовали новые устойчивые комплексы редкоземельного металла иттербия, обладающие свойствами молекулярных магнетиков, эффективно люминесцирующие в инфракрасной области спектра. Разработка перспективна для создания новых материалов для медицины (например, люминесцентных маркеров) и высокоточной электротехники (светодиодов, материалов для записи, обработки и хранения информации). Результаты работы опубликованы в международном журнале Dalton Transactions.

Иттербий образует трехзарядные ионы, комплексы которого могут проявлять свойства молекулярных магнетиков, то есть способны сохранять на уровне одной молекулы остаточную намагниченность в течение некоторого времени после отключения внешнего магнитного поля. Данная способность является ключевой при разработке высокоэффективных материалов нового поколения для записи, обработки и хранения информации. С другой стороны, для комплексов иттербия характерна эффективная люминесценция в ближней инфракрасной области, что в дальнейшем может позволить применять их в качестве люминесцентных маркеров в медицине, компонентов органических светоизлучающих диодов и др.

Одним из наиболее перспективных подходов к улучшению магнитных и люминесцентных свойств комплексов иттербия является направленное варьирование качественного и количественного состава органических лигандов. Использование такого подхода при разработке молекулярных магнетиков позволяет подобрать координационное окружение, геометрия и состав которого будут способствовать усилению магнитной анизотропии иттербия. Важными задачами при разработке эффективных инфракрасных люминофоров является поиск подходящих антенных лигандов, способствующих усилению собственной люминесценции Yb³⁺.

Именно такой подход был использован российскими учеными при разработке нового семейства комплексов иттербия, полученных контролируемым замещением ацетилацетона на анионы хинолин-карбоновой кислоты.

Исследование прокомментировал старший научный сотрудник Лаборатории магнитных материалов ИОНХ РАН, кандидат химических наук Андрей Гавриков: «Нам удалось разработать методики получения новых полифункциональных комплексных соединений иттербия с высокими (порядка 70–80 %) выходами. Важным достижением стало установление влияния состава и строение комплексов на их „целевые” магнитные и люминесцентные свойства. В результате синтеза мы получили два комплекса – полиядерный и моноядерный, для каждого изучили магнитные свойства и люминесценцию. Оказалось, что свойства молекулярных магнетиков лучше выражены для полиядерного комплекса, а моноядерный комплекс является лучшим люминофором. Стоит отдельно отметить, что высокие, по сравнению с полиядерным комплексом, люминесцентные характеристики моноядерного комплекса особенно важны с учётом высокой химической и термической стабильности этого соединения, а также его растворимости в органических растворителях. Эти свойства позволяют говорить о реальных перспективах практического использования этого соединения для создания люминесцентных материалов – например, для органических светоизлучающих диодов, биолюминесцентных меток и т. д.».

Схема. Строение полученных комплексных соединений иттербия и координационное окружение Yb³⁺ в: 1 – полиядерном комплексе с хорошими магнитными свойствами, 2 – моноядерном комплексе с эффективной люминесценцией.

Полученные результаты свидетельствуют об эффективности предложенного метода конструирования соединений с заданными люминесцентными и магнитными характеристиками. Варьирование состава и строения комплексов позволяет регулировать их функциональные люминесцентные и магнитные свойства. В дальнейшем ученые планируют продолжать разработку комплексов с контролируемым замещением ацетилацетонат-анионов на анионы различных карбоновых кислот. Сравнительное изучение люминесценции и магнитного поведения таких соединений позволит развить подходы к получению эффективных фото- и магнитных материалов нового поколения.

Работа поддержана Российским научным фондом (грант № 22-73-10189).

Источник: ИОНХ РАН.