Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рис. 1. Схема энергетических уровней лантанидов
Рис. 2. Спектры люминесценции соединений некоторых РЗЭ
Рис. 3. Европиевая люминесценция пятидесяти евро
Рис. 4. Up- и down-конверсия может увеличить эффективность солнечных батарей
Рис. 5. Использование up-конверсии
Рис. 6. Устройство органического светодиода
Рис. 7. Структура Eu(hfa)3(dmtph)
Рис. 8. Выбор оптимального дополнительного лиганда
Рис. 9. Визуализация с помощью композита комплекс РЗЭ - антитело
Рис. 10. Люминесценция червя Caenorhabditis elegans

Люминесценция комплексов лантанидов: основные применения

Ключевые слова:  люминесценция, периодика, РЗЭ

Автор(ы): J.-C. G. Bunzli

Опубликовал(а):  Уточникова Валентина Владимировна

04 октября 2010

Как ни скучно снова начинать статью со слов, что практически все лантаниды при правильном подборе лигандов могут обладать люминесценцией, важно напомнить, что по характеру этой люминесценции их можно разделить на две группы: люминесцирующих в видимой области и в ближнем ИК диапазоне. Набор длин волн люминесценции каждого из ионов РЗЭ сохраняется вне зависимости от выбора лиганда, и на Рис. 2 показаны характерные спектры люминесценции комплексов этих ионов. Однако несмотря на это выбор лиганда очень важен: именно от него зависит,

  • будет ли комплекс обладать эффективной люминесценцией, или же передача энергии с лиганда на центральный ион будет незначительной,
  • будет ли комплекс стабилен во времени при использовании его в реальных устройствах,
  • будет ли он безопасен, если использовать его для биологических применений,
  • будет ли растворим в том растворителе, выбор которого диктует возможное применение
  • и так далее.

Применение комплексов РЗЭ уже сегодня довольно заметно: достаточно отметить, что красное свечение, которое мы видим, светя на купюры ультрафиолетовым светом, - это люминесценция комплексов европия. Впрочем, как раз в этом случае требования к комплексам довольно просты, и, поскольку потенциал этих соединений гораздо шире, множество ученых пытаются развивать и другие применения. Одним из таких применений является переизлучение света в нужном диапазоне. Взять, например, солнечные батареи, которые по представлениям многих ученых являют собой источник энергии будущего. Наиболее часто используемые в качестве активных элементов полупроводники – кремний и оксид титана – имеют запрещенные зоны шириной 885 нм и 385 нм. Это обозначает, что только небольшая часть солнечной энергии способна преобразовываться в электричество. Возможно ли заставить и остальную часть солнечного спектра служить на благо человечеству? Да, если использовать up-и down-переизлучатели (конвертеры)! При этом соединения, например, те же комплексы лантанидов, будут поглощать свет в ранее не используемом диапазоне, а излучать его в диапазоне, который полупроводниковое ядро уже способно поглощать и перерабатывать в электричество.

Таким образом можно повысить эффективность работы кремниевой солнечной батарейки с 31% до 49%! При этом для up-конверсии используются комплексы эрбия, гольмия, тулия, палладия и платины, а для down-конверсии – европия, тербия и иттербия. На Рис. 5 показана схема работы такого композитного солнечного элемента, а также ТЕМ-изображение композитных наночастиц. С использованием тулиевых и иттербиевых соединений удается получить свет с длиной волны 350 нм и 460 нм, который уже может поглощать диоксид титана.

Однако одним из наиболее долго развиваемых направлений использования комплексов РЗЭ все-таки является их использование в качестве эмиссионных слоев органических светодиодов (ОСИД). Это связано с тем, что эти соединения относятся к фосфоресцирующим, а не флуоресцирующим, а значит, обладают квантовым выходом люминесценции до 100%. Здесь, однако же, важно, чтобы энергия не только эффективно передавалась с лиганда на центральный ион, но и не переносилась затем обратно. Для этого разница между триплетным уровнем лиганда и уровнем РЗЭ, на который происходит передача энергии, должна лежать в диапазоне 2500-3500 см–1. Кроме того, нужно не допускать гашения люминесценции, которое происходит за счет колебания групп в определенном диапазоне частот. В первую очередь, это О–Н группы, например, воды, то есть важно получить координационно-насыщенные соединения, которые не будут содержать в своем составе координационную воду. Одним из наиболее используемых для этого применения классом соединений являются бета-дикетонаты РЗЭ, которые обладают:

  • эффективной люминесценцией,
  • летучестью, что делает простым нанесение их тонких пленок,
  • широкой возможностью варьирования их свойств, проистекающей из возможности варьирования дополнительного лиганда.

На Рис. 8 показан один из таких комплексов европия – гексафторацетилицетонат. Варьируя дополнительные нейтральные лиганды, как показано на Рис. 9, можно выбрать тот комплекс, эффективность люминесценции которого будет наиболее высока. И наконец, важным применением является биологическая визуализация, где важна люминесценция в ближнем ИК диапазоне. Высокая эффективность люминесценции, растворимость в воде и нетоксичность конечного продукта – вот основные требования к выбору лиганда в данном случае. Добавление антител к определенному антигену позволяет визуализировать именно требуемый объект – например, червя Caenorhabditis elegans :)



Средний балл: 10.0 (голосов 5)

 


Комментарии

Валентина Владимировна!
Интересно!
Просьба к Вам помочь получше разобраться нам - школьникам и лично мне в люминисценции.
Как это сделать? Подскажите.
Для начала, люминесценция пишется через "е" в третьем слоге :)

Если желающих много, могу попробовать написать небольшую статью о природе люминесценции. А вообще, прочитайте статью в энциклопедии, там написано довольно неплохо :)

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Углеродные рожки
Углеродные рожки

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Морзе для металлов с графеном и силиценом. Нанокомпозит растет и упрочняется, используя CO2 из окружающего воздуха и солнечный свет. Рассеяние – не проблема, а возможность точных измерений. Электрическое управление скирмионной фазой. Академик Борис Патон отмечает 100-летний юбилей.

В Москве состоялась 12-я церемония вручения национальных стипендий L'oreal-Unesco «Для женщин в науке»
26 ноября в Москве в Государственном музее изобразительных искусств имени А.С. Пушкина прошла 12-я церемония вручения национальных стипендий L'ORÉAL-UNESCO «Для женщин в науке». Десяти молодым российским женщинам-учёным вручены стипендии, призванные помочь талантливым и перспективным специалистам в различных областях знаний развивать свою научную карьеру в России.

Открыта регистрация на заочный этап Межрегионального химического турнира
Открыта регистрация на заочный этап Межрегионального химического турнира. Химический турнир – это командное творческое соревнование для школьников в формате мини-конференции. Команда может состоять из 4 - 6 человек, зарегистрироваться можно до 15 декабря включительно. Тема химического турнира этого учебного года – «Химия и океан».

Эффект лотоса
Никельшпарг Эвелина Ильинична
Кратко и поэтично об одном из самых известных эффектов, который так любят школьники и участники наноолимпиады - об эффекте лотоса...

Рентгеновская микроскопия
А.В.Афонин, Мельников Геннадий Семенович
В предлагаемом кратком обзоре сделана попытка оценки возможностей применения рентгеновских методов анализа регулярных структур. Обзор может быть полезен участникам наноолимпиады и всем, кто интересуется современными методами анализа и их последовательным развитием.

Как работает оптический нанопинцет
Богданов Константин Юрьевич
Оптический (или лазерный) пинцет представляет из себя устройство, использующее сфокусированный луч лазера для передвижения микроскопических объектов и удержания их в определённом месте. Автор этой статьи постарается в популярной форме ответить на вопрос - почему некоторые частицы, оказавшись в лазерном луче, стремятся в ту область, где интенсивность света максимальна, т.е. в фокус. И это устройство теперь связано с Нобелевскими премиями навечно!

Инновационные системы: достижения и проблемы
Олег Фиговский, Валерий Гумаров

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.