25 March 2024, 12:00

Новый подход, позволяющий создавать светоизлучающие материалы на основе палладия

Дисплеи на основе органических светодиодов (OLED) в настоящее время не имеют конкурентоспособных альтернатив, поскольку отличаются высоким качеством изображения, быстрой реакцией, низким потреблением энергии и, кроме того, позволяют создавать гибкие панели. Наиболее перспективными светоизлучающими материалами для изготовления OLED-устройств считаются органические производные платиновых металлов, поскольку такие материалы теоретически способны преобразовывать электрические заряды в свет с эффективностью 100%. В действительности даже самые перспективные из полученных на данный момент светоизлучающих материалов — органических производных платины и иридия — не удовлетворяют имеющимся технологическим запросам из-за высокой стоимости металлокомплексов, а также быстрого «выгорания» излучающего слоя, поэтому ученые стремятся их улучшить.

Новый подход, позволяющий создавать светоизлучающие материалы на основе палладия
Фотофизические свойства полученных соединений
Source: Михаил Кинжалов

Коллектив ученых из Санкт-Петербургского государственного университета (Санкт-Петербург), Института общей и неорганической химии имени Курнакова РАН (Москва) и Университета Ливерпуля (Великобритания) разработал подход к созданию нового типа светоизлучающих материалов на основе соединений палладия. Уникальность подхода состоит в том, что соединения были получены из соли металла и относительно простых органических молекул, при этом «сборка» сложного органического фрагмента осуществлялась прямо в координационной сфере — ближайшем атомном окружении — металла. Это позволило получить не доступные другими методами светоизлучающие соединения с улучшенными оптическими свойствами.

Исследователи получили новые соединения в виде кристаллов и тонких полимерных пленок. Хотя отдельные молекулы не обладали светоизлучающими свойствами, их кристаллы испускали яркий зеленый свет при облучении ультрафиолетом. С помощью рентгеноструктурных исследований авторы определили строение кристаллов: через кристалл исследуемого вещества пропускали рентгеновские лучи, которые отражались на детектор по определенной траектории в зависимости от строения анализируемого соединения.

Так, ученые установили, что в кристаллах расстояние между атомами палладия настолько маленькое, что металлы взаимодействуют между собой. Это взаимодействие приводит к перераспределению электронов, в результате чего вещество может переходить в излучающее состояние. С помощью вычислений ученые выяснили, что взаимодействию между атомами палладия способствует синергетическая, то есть взаимно «усиливающая», комбинация нескольких типов притягательных взаимодействий между органическими фрагментами. Также ученые показали, что, заменив атомы палладия на атомы платины, можно получить материалы с желтым, оранжевым и красным цветом излучения.

«Палладий относится к металлам платиновой группы и имеет большее по сравнению с платиной и иридием содержание в земной коре, однако, несмотря на это, его соединения практически не используются в светоизлучающих материалах, потому что много энергии рассеивается в виде тепла. Нам удалось не только получить новые соединения палладия с эффективной люминесценцией, но и — что на мой взгляд более важно — разработать рецепт дизайна нового типа светоизлучающих материалов», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Михаил Кинжалов, доктор химических наук, доцент кафедры физической органической химии Санкт-Петербургского государственного университета.

Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Inorganic Chemistry.

Source:  Пресс-служба РНФ

News article publications

Read also

Органические ионы сделают синтез азотсодержащих веществ экологичнее
Химики успешно опробовали органические катализаторы, с помощью которых можно переносить атомы водорода от одной молекулы к другой. Этот процесс широко используется в фармацевтике при производстве лекарств. Обнаруженное свойство позволит существенно расширить область применения таких катализаторов и заменить токсичные аналоги на основе тяжелых металлов во многих сферах, требующих химического синтеза.
"Green" chemistry
Organic Chemistry
Synthesis
21 March 2024
Тугоплавкие сплавы позволят выдерживать температуры до 1000°С
Ученые доказали, что жаростойкость и прочность тугоплавких сплавов не зависят от количества входящих в их состав компонентов, как считалось ранее. Самую высокую жаростойкость при 1000°С показал сплав из трех металлов, а именно ниобия, титана и хрома, тогда как лучшую прочность продемонстрировал сплав из ниобия и хрома. Это открытие позволит разрабатывать перспективные сплавы для производства двигателей нового поколения, не требующих систем охлаждения.
High temperature materials
Materials Science
Metals and their alloys
15 March 2024
Новый способ предсказания свойств магнитных сплавов с помощью машинного обучения
Ученые из Сколтеха и МФТИ с коллегами из Германии, Австрии и Норвегии предложили и верифицировали новый способ для компьютерного моделирования магнитных сплавов с помощью машинно-обучаемых потенциалов. В методе в качестве переменных учитываются магнитные моменты атомов (магнитные степени свободы), благодаря чему он успешно предсказал энергию, механические и магнитные характеристики сплава железа и алюминия. Ученые планируют добавить в метод активное обучение и протестировать его на другом материале — нитриде хрома.
Chemical Physics
Machine learning
Metals and their alloys
16 February 2024
Сплав никеля, марганца, олова и меди сделает холодильники экологичнее
Ученые выяснили, что сплав никеля, марганца, олова и небольшого количества меди под действием магнитных полей (при разовом включении/выключении магнитного поля) практически необратимо охлаждается на 13°С. Авторы предложили использовать эту особенность в гибридных системах охлаждения бытовых приборов, например холодильников. Такие системы комбинируют различные методы охлаждения для достижения более эффективной и экологически устойчивой работы.
Materials Science
Mechanics of materials
Metals and their alloys
2 February 2024
Катализаторы из винной кислоты повысят оптическую чистоту органических молекул
Ученые создали металлокомплексные катализаторы на основе палладия и органических молекул, содержащих атомы серы и фосфора. Использование этих катализаторов позволяет получать соединения с оптической чистотой до 99%. Оптическая чистота важна при производстве лекарств, витаминов и пестицидов, поскольку она влияет на их биологическую активность.
Catalysis
Organic Chemistry
Synthesis
25 January 2024
Дополнительная подача углекислого газа повысит эффективность добычи золота
Ученые из ФИЦ Биотехнологии РАН определили, что дополнительная подача углекислого газа в биореакторы с микроорганизмами, окисляющими сульфидные минералы, помогает повысить эффективность извлечения золота при повышенных температурах. Это может позволить оптимизировать используемые промышленные технологии добычи золота из сульфидных руд.
Metallurgy
Metals and their alloys
Microbiology
24 December 2023