Соединения свинца неожиданно начали светиться в инфракрасном диапазоне — и это может изменить подход к созданию фотонных материалов.
Российские химики совместно с коллегами из Китая создали новое семейство редких низковалентных имидов свинца — молекулярных соединений, которые одновременно демонстрируют уникальные люминесцентные свойства и высокую химическую активность. Работу выполнили сотрудники Института металлоорганической химии имени Разуваева РАН вместе с исследователями из Северо-Западного университета КНР. Результаты опубликованы в журнале Chemistry – A European Journal.
Свечение тяжелого металла оказалось связано с эффектами Эйнштейна
Авторы синтезировали димерные комплексы вида [R1,R2ArNPb]2, где (R1,R2ArNH2 = 2,6-((4-R1-C6H4)2CH)2-4-R2-C6H2NH2 с четырехчленным ядром Pb₂N₂. В кристаллическом состоянии вещества показывают красную и ближнюю инфракрасную фосфоресценцию с максимумами в диапазоне 730–790 нм. Для человеческого глаза такое излучение практически незаметно, однако именно этот диапазон особенно интересен для фотоники, сенсоров и оптических материалов нового поколения.
Исследователи обнаружили, что необычное свечение связано с релятивистскими эффектами, присущими тяжелым элементам. В случае свинца электроны движутся настолько быстро, что их поведение невозможно точно описать классической квантовой химией без учета поправок теории относительности. Поэтому новые соединения могут стать удобной моделью для проверки современных квантово-химических расчетов.
Азобензолы, кластеры и исчезающая люминесценция
Не менее интересной оказалась химическая активность соединений. В реакциях с о-бензохинонами и серосодержащими окислителями ученые получили сразу несколько необычных продуктов: стерически затрудненные азобензолы, редкие трехъядерные кластеры свинца и серосодержащие димерные структуры.
При этом окисление приводило к угасанию люминесценции. Авторы показали, что интенсивность свечения напрямую зависит от координационного окружения атома свинца. Иными словами, даже небольшие изменения структуры способны «выключать» излучение.
Подобные эффекты сегодня активно исследуются в материаловедении. Например, ранее ученые уже демонстрировали, что жесткие матрицы способны многократно усиливать свечение слабых люминофоров. А соединения тяжелых элементов рассматриваются как перспективная основа для инфракрасных сенсоров, OLED-материалов и систем фотонной передачи данных.
Работа расширяет представления о химии низковалентных соединений свинца и открывает возможности для исследований на стыке химии тяжелых p-элементов, фотохимии и материаловедения.
Фото: hi-tech.mail.ru