Тема: Исследование оптических свойств металл-органических каркасных структур

В последние годы в качестве нового класса высокоупорядоченных и высокопористых материалов стали активно создаваться и исследоваться металл- органические каркасные структуры (МОКС, Metal-organic frameworks, MOF’s). Также в литературе можно встретить название металл-органические координационные полимеры (МОКП). Такие структуры вызывают большой интерес исследователей благодаря их уникальным структурным и физико-химическим характеристикам, открывающим возможность для их применения в различных областях современных технологий.
Пористые материалы активно применяются для хранения и сепарации газов, а также могут служить в качестве шаблонов при подготовке низкоразмерных материалов. Традиционные пористые материалы являются либо органическими, либо неорганическими. Наиболее распространенный органический пористый материал - это активированный уголь. Обычно органические пористые материалы получают пиролизом других богатых углеродом соединений. В результате полученные материалы имеют большую удельную площадь поверхности и высокую адсорбционную способность, но не обладают упорядоченной структурой. Существуют, в свою очередь, и неорганические пористые материалы, которые обладают высокоупорядоченными структурами - например, цеолиты.
Дальнейшее развитие пористых материалов подразумевает создание гибридных структур, сочетающих в себе преимущества как органических, так и неорганических материалов. Новые материалы должны обладать и большой удельной площадью поверхности, и упорядоченной структурой. Такими классом материалов являются металл-органические каркасные структуры.
МОКС являются универсальными материалами. Их модульная структура, состоящая из неорганических узловых точек, связанных между собой органическими линкерами-перемычками, позволяет осуществлять целенаправленное конструирование материала с заданной функциональностью, предсказуемой топологией и свойствами. Возможность создания функциональных гибридных материалов с предсказуемыми свойствами на основе МОКС отличает их от классических твердотельных материалов, в частности от традиционных пористых материалов, таких как, цеолиты, мезопористый кремнезем и пористый углерод.
За последние 20 лет в области МОКС произошел стремительный рывок от первых работ в группах Жерара Фере [1], Сусуму Китагавы [2], Омара Яги [3, 4] до начала промышленного производства и технологического применения в различных областях. Так, ещё в начале 2000-х годов известные на тот момент МОКС насчитывали всего несколько десятков структур с относительно низкой пористостью, но значительный прогресс в области, привёл к созданию множества структур с высокой кристалличностью, высокой, регулярной и однородной по размеру пористостью и разнообразной функциональностью. Существующие на данный момент МОКС характеризуются большой площадью удельной поверхности, значительно превышающей показатели традиционных адсорбентов (вплоть до 7000-10000 м2/г). [5] В настоящее время известно более 10000 МОКС и их количество продолжает расти благодаря большой вариативности составляющих элементов. Для систематизации МОКС разрабатываются базы данных, содержащие данные как о реальных, так и о гипотетических структурах.
На сегодняшний день исследования в области МОКС являются в основном фундаментальными. В центре внимания научных исследований - синтез и структурная характеризация новых МОКС, изучение их фундаментальных физико-химических свойств, функционализация и постсинтетическая модификация структур и спектроскопическая характеристика механизмов взаимодействия с малыми молекулами.
В то же время растет промышленный интерес к использованию МОКС. Так, согласно «дорожной карте», представленной в институте DECHEMA (Германия), МОКС могут быть успешно применены в таких областях, как запасание и транспортировка водородного топлива [6,7], разделение газовых смесей [8,9], химическая сенсорика [10-12], нелинейная оптика [13,14], создание люминофоров [15-17], целенаправленный транспорт лекарств [18-20], гетерогенный катализ [21-23]. Однако на сегодняшний день лишь около десяти МОКС являются коммерчески доступными. Из-за ограниченной доступности, неотработанных процессов масштабирования при создании и формировании из МОКС гранул, монолитов и наноструктур, необходимых для дальнейшего технического применения, МОКС пока не смогли вытеснить обычные адсорбенты, катализаторы и другие материалы.
Купить

Выводы:
1. Были синтезированы металл-органические каркасные структуры MOF-76 на основе ионов лантаноидов Eu-BTC, Tb-BTC, Yb-BTC, Er-BTC и Y/Yb/Er-BTC;
2. Анализ спектров поглощения показал, что поглощение света данными структурами обусловлено как переходами в металлических кластерах лантаноидов, так и поглощением органического линкера;
3. В фотолюминесценции образцов проявляются только характерные линии лантаноидов, но не линии органического линкера. Однако возбуждение люминесценции идёт как через металлический кластер, так и через органический линкер;
4. В работе показано, что одним из возможных процессов, происходящих при поглощении света, является перенос заряда, в том числе и приводящий к переходу Eu3+ ^ Eu2+;
5. Изменения в фотолюминесценции под действием облучения, связанные с переносом заряда, характерны для структуры Tb-BTC и менее характерны для Eu-BTC;
6. Система Y/Yb/Er проявляет эффект апконверсионной люминесценции.
Купить