Углеродные нанотрубки кажутся нам просто черным порошком, который невозможно заставить излучать свет. В то же время они прекрасно проводят электрический ток и могут захватывать энергию соседних люминесцирующих химических веществ. Исследователи Института физической химии Польской академии наук в Варшаве недавно предложили довольно простой метод, позволяющий нанотрубкам излучать свет под УФ излечением.
Исследователи, работающие в международном проекте FINELUMEN, координируемым Н. Армароли из итальянского Istituto per la Sintesi Organica e la Fotoreattivita, Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-ISOF) в Болонье, разработали эффективный метод получения нового фотонного материала: УНТ, покрытые материалом, способным излучать свет. "Наша роль в проекте - исследование комплексов лантанидов. Мы решили совместить их эффективную люминесценцию с прекрасными механическими и электрическими свойствами нанотрубок," - объясняет проф. Марек Петрашкевич из варшавского Института физической химии ПАН (ИФХ ПАН).
УНТ можно представить как свернутый в цилиндр лист графена. Поверхность нанотрубки довольно велика и может присоединять много других молекул, в том числе излучающих свет. "Однако присоединение светоизлучающего комплекса непосредственно к поверхности УНТ не выгодно, так как УНТ, прекрасно поглощающие свет, будут гасить люминесценцию," - объясняет Валентина Уточникова, аспирантка ИФХ ПАН. Чтобы снизить нежелательное поглощение, исходно нанотрубки выдерживают при температуре 140-160 oC в растворе ионной жидкости с концевыми азидными группами. При этом УНТ покрываются молекулами, которые ведут себя как якоря, которые, с одной стороны, связаны с нанотрубкой, а с другой могут присоединять молекулу-эмиттер. Свободные концы этих якорей заряжены положительно.
Подготовленные так УНТ затем переносят в другой раствор, содержащий отрицательно заряженный комплекс лантанида - тетракис (4,4,4-трифтор-1-(2-нафтил-1,3-бутандионато) европий. "Комплексы лантанидов содержат элемент VI группы таблицы Менделеева и очень привлекательны для фотонных применений, так как они обладают высокими квантовыми выходами и чистотой излучаемого света," - подчеркивает В. Уточникова.
После растворения отрицательно заряженный комплекс европия захватывается положительно заряженным концом молекулы-якоря. В результате каждая нанотрубка покрывается молекулами, способными излучать свет в видимом диапазоне. Продуктом этих реакций является порошок, внешне похожий на сажу. Если же эту сажу облучать УФ светом, она тут же начинает светиться красным светом.
Такой способ модифицирования нанотрубок и сами реагенты - ионная жидкость и комплекс европия - были разработаны в группе проф. М. Петрашкевича в ИФХ ПАН, а сам процесс модификации и спектроскопические характеристики были выполнены в исследовательских группах в Намуре, Бельгия, и в Болонье, Италия. Важно, что вовлеченные в этот процесс химические реакции гораздо проще, чем предложенные ранее.
Полученный фотонный материал можно, кроме прочего, использовать для детектирования молекул, в том числе биологически важных. Идентификация основана на анализе того, как люминесценция УНТ меняется при осаждении изучаемых молекул. Хорошая электропроводность в сочетании с люминесценцией также делает эти молекулы привлекательными для производства органических светодиодов.
