- Информация о материале
Исследователи из лаборатории металл-органических координационных полимеров Института неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН синтезировали люминесцентные комплексы на основе редкоземельных металлов — европия и тербия. Ученые получили соединения, яркость свечения (квантовый выход люминесценции) которых может становиться в четыре раза больше при уменьшении содержания воды. Статья об этом опубликована в журнале Inorganic Chemistry.
Информация о разработке – на страницах издания Наука в Сибири, 03.11.2026, ИнтерФакс, 03.11.2026
Люминесцентные комплексы тербия (зелёный) и европия (красный), полученные в работе
Лантаноиды, включающие европий и тербий, известны своей яркой и узкополосной люминесценцией. Они дают красный и зеленый цвета в различных электронных устройствах, используются в лазерах и медицинской визуализации. Выбирая лиганд (второй обязательный компонент) в комплексном соединении, регулируют другие свойства и параметры вещества, в том числе и эффективность люминесценции. Однако не со всеми лигандами образуются комплексы, стабильные в воде, кроме того вода в большом количестве гасит свечение. Контролируя содержание воды в растворителях, которые нужны для формирования конечного продукта, сибирские ученые достигли обратимых переходов между комплексами, имеющими сильно различающиеся характеристики люминесценции. В одном из них, который светит лучше, к иону металла координирована одна молекула воды. Если количество таких молекул возрастает до двух, то наблюдается совсем иная картина — яркость свечения заметно уменьшается. В чистой воде соединения разлагаются, но при использовании других растворителей с изменяемым содержанием воды удается регулировать структуру и, соответственно, люминесценцию соединений. По словам исследователей, именно вода здесь играет ключевую роль: уменьшение ее количества в соединении до одной молекулы дает колоссальный прирост в люминесценции.
Люминесценция полученных комплексов под мощной УФ-лампой
«Изначальной идеей было создать полимер из тех же компонентов, но лиганд начал полимеризоваться сам с собой за счет водородных связей, что привело к образованию комплексов вместо полимера. В пространстве между органическими цепочками одиночные комплексы оказались изолированы и поэтому стабильны. Мы получили две похожие фазы одного состава, но с разной структурой — и, как оказалось, с разными люминесцентными свойствами. Причина разной люминесценции — в колебаниях связи O-H: они имеют высокую частоту колебаний в молекуле и снижают энергию, которая могла бы уйти на люминесценцию. Чем меньше таких связей рядом с ионом европия, тем ярче свечение. Переходы обратимы — безводный растворитель отрывает молекулу воды от комплекса и заменяет нитратом, который входит в соединение, а растворитель с небольшим содержанием воды (примерно 5 %), возвращает воду на место, не разрушая кристалл. Мы провели эти эксперименты в этиловом спирте и изопропиловом спирте, они привели к одинаковым результатам. Созданный нами люминофор может быть эффективнее и специфичнее для некоторых чувствительных датчиков и способен составить конкуренцию уже существующим люминесцентным системам», — прокомментировал инженер ИНХ СО РАН Даниил Алексеевич Ушаков.
Сегодняшний этап разработки уже позволяет применять материал на практике. В планах сибирских ученых — создать модельный пленочный детектор, который будет менять яркость в зависимости от влажности среды. Такой датчик может пригодиться для контроля следов воды в топливе, сухом воздухе, а также для умных материалов с управляемым переключением люминесценции.
«Соединения лантаноидов обладают сильной люминесценцией. Это неорганические соединения, и их относительно просто синтезировать. Люминесценция европия — основной источник красного цвета в дисплеях. Соединения светят ярко, и их достаточно в небольшом количестве. В медицинской диагностике красные люминофоры применяются довольно часто, потому что биологические ткани наиболее прозрачны именно для красного света. Кроме того, европий и тербий светят узкими полосами, что характерно только для лантаноидов. Это полезно при разработке систем для выявления подделок, например специальных меток для банкнот, печатей, пропусков, произведений искусства. Если смешать зеленый и красный люминофоры, получится желтый, но светящий не одной обычной полосой спектра, а несколькими узкими. Подделать такой спектр обычным желтым люминофором невозможно — именно спектр свечения и выдаст подделку. В будущем мы планируем расширять возможности полученного люминофора, модернизировать его и создать образец более универсального детектора для прикладного применения», — рассказал старший научный сотрудник ИНХ СО РАН кандидат химических наук Павел Андреевич Демаков.
Кирилл Сергеевич
Фото автора
- Информация о материале
В исследовании были изучены два вещества этого класса — анабазин и никотин, выделенные из ежовника безлистного и табака соответственно. Учёные задействовали их в качестве связующих (лигандов), которые соединяются с центральным атомом меди в составе сложной синтетической молекулы. Причем возможность применения анабазина в такой роли была показана впервые.
В результате были синтезированы три новых соединения — [Cu₂I₂(anabasine)₂(PPh₃)₂], [Cu₂I₂(nicotine)₂(PPh₃)₂] и [CuCl(anabasine)(PPh₃)]. Среди наиболее интересных свойств полученных веществ — фотолюминесценция. При комнатной температуре под действием ультрафиолета или близкого к нему излучения эти порошки излучают интенсивное сине-голубое свечение.
«Максимумы излучения приходятся на 485 и 480 нанометров, время жизни свечения составляет около 16 микросекунд, а квантовый выход — доля частиц света, которые превратились в излучение, — достигает 31 %», — отметили исследователи.
Молекулярные структуры комплексов
Такие соединения могут быть востребованы при создании широкого класса устройств нового поколения. Например, биометок для защиты товаров от подделок, разного рода биосенсоров и элементов оптоэлектронных устройств. Их преимущества — в доступности и относительной дешевизне анабазина и никотина по сравнению с другими лигандами.
Как отметили исследователи, также большое значение имеет то, что молекулы этих алкалоидов обладают хиральностью — свойством, благодаря которому они могут существовать в виде одного из двух зеркально похожих вариантов (как правая и левая рука). Вместе с анабазином и никотином это качество приобрели и синтезированные комплексы.
В будущем на основе таких соединений можно создать умные приложения на основе циркулярно-поляризованной люминесценции — излучения, свет которого «закручен» вправо или влево. Чтобы получить такой эффект, молекула должна быть хиральной. Одним из прорывных решений подобного типа могут стать, к примеру, экраны с объёмным изображением, которое зритель видит без специальных 3D-очков. Такие дисплеи будут излучать свет с разной поляризацией для правого и левого глаза.
Давыдова М.П., Нуркенов О.А., Багрянская И.Ю., Трусова М.А., Возмитель Н.О., Рахманова М.И., Нурмаганбетов Ж.С., Ахметкалиев С.Ж., Артемьев А.В. Люминесцентные комплексы Cu(I) на основе природных алкалоидов табака. Координационная химия / Russian Journal of Coordination Chemistry. 2026. Т. 52. No 11. С. 727–736. https://doi.org/10.7868/S3034549926110016
- Информация о материале
MXenes (максены) — открытый в 2011 году класс двумерных неорганических наноматериалов. Эти материалы представляют собой слоистые структуры, полученные из карбидов, нитридов или карбонитридов переходных металлов. Впервые их получили методом вытравливания атомов алюминия из керамической матрицы с помощью плавиковой кислоты. Новая структура имела форму ультратонких 2D-чешуек карбида титана, словно лежащих в стопке. Буква M в слове MXene означает переходный металл, окончание -ene добавлено по аналогии со словом graphene (графен).
Просвечивающая электронная микроскопия, демонстрирующая морфологию композита на основе MXene и диоксида титана
Соединения MXenes обладают высокой электронной проводимостью, сравнимой с графеном, имеют большую удельную поверхность, гидрофильны, хорошо поглощают свет. Также они дают возможность регулировать тип и количество поверхностных групп, а это означает их гибкость в создании каталитических приложений.
Химические и физические свойства MXenes делают их перспективными сокатализаторами для фотокаталитического преобразования углекислого газа в ценные продукты: метан, метанол, формальдегид, муравьиную кислоту. Процесс происходит на полупроводниковых катализаторах, таких как диоксид титана. Но существует проблема, которая затрудняет использование максенов: они разрушаются под воздействием окружающей среды, например при определенном уровне pH и наличии окислителей. В результате влияния различных факторов образуются монооксид углерода и легкие углеводороды, в частности метан. Нестабильность материала влияет на соотношение продуктов преобразования CO2.
«Благодаря специфике своей структуры максены, в частности, могут походить по свойствам на наночастицы благородных металлов и выступать в качестве каталитических центров, но заметно более доступных. Из-за карбидной природы и чрезвычайно высокой дисперсности эти материалы неустойчивы по отношению к воде. При разрушении выделяются газы, идентичные с целевыми соединениями, и из-за этого возникает путаница — продукты гидролиза принимают за продукты каталитического восстановления», — описывает проблему соавтор работы старший научный сотрудник лаборатории химии редких платиновых металлов ИНХ СО РАН доктор химических наук Данила Борисович Васильченко.
«Способность MXenes деградировать при внешних условиях может сказываться на получаемых экспериментальных данных. Оценки эффективности этих материалов в фотокатализе могут быть ошибочными, и нашей задачей было прояснить эти проблемные аспекты, чтобы внести конструктивный вклад в изучение стабильности широко распространенной фотокаталитической системы на основе композита MXene — диоксид титана», — говорит соавтор работы ведущий научный сотрудник отдела гетерогенного катализа ФИЦ ИК СО РАН доктор химических наук Екатерина Александровна Козлова.
Специалисты исследовали композит MXene/TiO2 в условиях гидролитической трансформации, под влиянием воды. В ходе экспериментов оценивалось соответствие продуктов разложения максенов целевым продуктам и их количественный вклад в конверсию. Характеристики композита и его состояние в разных вариациях анализировали с помощью рентгеновской дифракции, просвечивающей электронной микроскопии, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, рамановской спектроскопии, газовой хроматографии и других. Эти методы позволили получить наиболее полную картину того, что происходит с системой в присутствии воды и под влиянием света и нагревания.
Результаты показали, что даже без облучения светом водные суспензии MXene непрерывно выделяют молекулы монооксида углерода, углекислого газа, метана, этилена и других углеводородов. При облучении светом деградация значительно ускоряется из-за радиационного нагрева материала. В композитах с диоксидом титана образование угарного газа практически не зависит от атмосферы, тогда как скорость выделения метана в углекислом газе оказывается заметно ниже, чем в инертном аргоне. Образование углеводородных газов при контакте композита с водой — прямое следствие его карбидной природы. Во время взаимодействия происходит нуклеофильная атака молекул воды на связи металл-углерод (Ti-C), что приводит к разрушению структуры MXene.
Один из главных новых выводов: присутствие углекислого газа не усиливает, а подавляет образование метана на поверхности композита. Это прямое доказательство того, что источником продуктов служит разложение самого материала, а не каталитическое восстановление углекислого газа.
«Мы рекомендуем специалистам в области фотокатализа с использованием MXenes проводить тщательные контрольные эксперименты, особенно в инертной атмосфере, чтобы отличать подлинное восстановление CO₂ от разложения самого катализатора», — отмечает Екатерина Козлова.
Данила Васильченко добавляет, что самый простой и радикальный способ борьбы с нестабильностью — полное исключение воды как растворителя: «Возможен переход к органическим растворителям и проведение процессов с газообразными реагентами, например водородом и углекислым газом. Даже в этих вариантах следует учитывать образование воды в качестве побочного продукта и ее последующее воздействие на Mxenes, особенно при повышенных температурах».
Предложенный специалистами ФИЦ ИК СО РАН и ИНХ СО РАН подход задает новые стандарты для работы с MXenes. Чтобы разрабатывать стабильные и надежные фотокаталитические системы для зеленой энергетики, нужно как можно больше знать о свойствах материалов, входящих в их состав.
Исследование поддержано грантом Российского научного фонда № 24-13-00416.
Пресс-служба ФИЦ ИК СО РАН
Изображение предоставлено исследователями
Результаты опубликованы в журнале Inorganic Chemistry (ИФ 4,6): Danila Vasilchenko, Vladislav Nikolaev, Roman Alekseev, Evgeny Gerasimov, Pavel Popovetskiy, Boris Kolesov, Denis Mishchenko, Angelina Zhurenok, Ekaterina Kozlova “Unraveling the Carbon Footprint: How Ti3C2Tx MXene Stability Affects CO2 Photoreduction on TiO2» // Inorganic Chemistry. 2026. 65 (26): 15212–15224.
- Информация о материале
Вещества на основе золота — перспективная и более безопасная альтернатива современным противоопухолевым препаратам с платиной. Пока ещё ни одного такого лекарства на рынке нет, но учёные в разных странах мира видят перспективу именно в жёлтом благородном металле.
«По сравнению с известными препаратами на основе платины, наш комплекс является более токсичным по отношению к раковым клеткам, и для него нужна меньшая концентрация», — отмечает младший научный сотрудник Института неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН Вероника Комлягина.
Бороться против раковой клетки золоту помогает напарник — органическая молекула с йодом. Вместе их возможности проявляют суперсилу: вещество рушит оборону врага сразу на нескольких флангах. Оно нарушает структуру ДНК, вызывает окислительный стресс, высвобождает убийственные для рака свободные радикалы.
При этом стоимость вещества, несмотря на наличие драгметалла, не является заоблачной. «На самом деле количество золота в готовом веществе микроскопически мало. Вот смотрите, здесь меньше грамма. На такое количество необходимо больше тысячи литров воды. Согласитесь, ну очень мало. Зато, как говорят химики, очень эффективно», — отмечает корреспондент Олеся Герасименко.
Для любого противоракового препарата важно действовать направленно: уничтожая опухоль, как можно меньше влиять на здоровые ткани. Синтезированные вещества протестировали с обнадёживающим результатом на раковых клетках молочной железы и шейки матки.
«Один из наших комплексов демонстрирует селективность примерно в 20 раз. Соответственно, это значит, что он в 20 раз менее токсичен для здоровых клеток, чем для раковых», — рассказывает старший научный сотрудник Института неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН Николай Ромашев.
«Нужно вот эту селективность повышать, избирательность повышать, чтобы токсичность на здоровые ткани была минимальной. Нужно дальше модифицировать эти молекулы, чтобы добиваться более высокой растворимости в воде. Модифицировать, искать и улучшать молекулу, чтобы как можно раньше протестировать препарат уже не просто на клетках, а на лабораторных животных», — поясняет доктор химических наук, заведующий лабораторией Института неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН Артём Гущин.
Задача в перспективе двух-трёх лет вполне выполнима, говорят учёные. А это уже большой шаг навстречу реальному рынку медицинских препаратов.
© ИНХ СО РАН 1998 – 2026 г.