• A
  • A
  • A
  • АБВ
  • АБВ
  • АБВ
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта

Удивительные лантаноиды: ученые провели глобальную систематизацию свойств редкоземельных металлов

Европий

Европий
© Wikemedia Commons

Доцент факультета химии ВШЭ Юрий Белоусов совместно с коллегами из МГУ им. М.В. Ломоносова, ФИАН им. П.Н. Лебедева и итальянскими учеными из университета Камерино опубликовали обзор, в котором сравнили и изучили более 200 азолкарбоксилатов лантанидов. Ученые впервые систематизировали разрозненную в литературе информацию в единый источник, который будет полезен для технологических разработок в области электроники, металлургии, радиомедицины, химической и ядерной промышленности. Обзор опубликован в журнале Coordination Chemistry Reviews.

Лантаниды, или лантаноиды — так называемые редкоземельные элементы, семейство из пятнадцати химических элементов, которые выносят в отдельную строчку внизу таблицы Менделеева. Лантаниды — металлы, достаточно распространенные в природе, однако добыча лантаноидов во многом затрудняется их рассеянностью в породах, и лишь немногие места на Земле могут похвастаться достаточной для разработки месторождений концентрацией. Кроме того, эти элементы являются «близнецами» с очень сходными химическими свойствами, что затрудняет их разделение.

Сегодня лантаниды находят широкое применение в производстве электроники, магнитов, лазеров, оптического волокна, металлургии, химической и ядерной промышленности и множестве других областей. За последние годы многократно увеличилось количество известных ученым соединений лантаноидов, которым нашлось применение в поглощении и хранении газа, биомедицине, оптике и химических сенсорах. Металлические лантаниды (прежде всего, неодим и самарий) входят в состав наиболее распространенных магнитов. Но и другие элементы, благодаря уникальным оптическим и люминесцентным свойствам в виде соединений применяются очень широко, от светодиодов и лазеров до радиомедицины, тонкого органического синтеза и даже защиты банкнот от подделок. Интересно, что для защиты купюр евро используются люминесцентные метки на основе лантанида — европия.

Предметом обширного мета-исследования, опубликованного в журнале Coordination Chemistry Reviews, стала особая группа соединений лантаноидов, содержащая азолкарбоновые кислоты. Азолы — углеродные кольца, состоящие из пяти элементов, содержащие в себе один или несколько атомов азота вместо атомов углерода. В зависимости от количества и положения атомов азота выделяют, в частности, пиразол, имидазол, 1,2,3-триазол, 1,2,4-триазол и тетроазол, содержащие два, три и четыре атома азота, соответственно. Карбоксильная группа — «хвост» карбоновых кислот -COOH, который и определяет кислотные свойства любых соединений, которые имеют его в составе.

Для каждой возможной области применений азолкарбоксилаты лантанидов обладают уникальными преимуществами.

Так, люминесцентные свойства ионов лантанидов обычно сложно использовать, так как эти ионы плохо поглощают свет. Но азолкарбоксилат-анионы могут выступать в качестве эффективной «антенны», отлично поглощая ультрафиолет и передавая энергию на ионы лантанидов и помогая им светиться всеми цветами, от голубого (соединения тулия) до зеленого (тербий), желтого (диспрозий), красного (европий) и даже инфракрасного (неодим, эрбий и иттербий).

Такие люминесцентные материалы могут применяться не только в OLED-дисплеях, но и в качестве люминесцентных сенсоров. Эти устройства измеряют концентрацию различных молекул или ионов в воде и воздухе, меняя цвет люминесценции при появлении определяемых веществ.

Положение лантанидов внизу таблицы связано с заполнением уникального 4f-электронного подуровня. Электроны этого уровня определяют магнитные свойства лантанидов, что проявляется как в обычных магнитах, так и в новых уникальных материалах — молекулярных магнетиках. Для создания этих материалов требуется близко расположить несколько ионов лантанидов, и структура азолкарбоксилатных лигандов помогает их в достаточной степени «сблизить».

Кроме того, азолкарбоксилаты лантанидов исследуются в качестве катализаторов, материалов для разделения и хранения газов и в некоторых других областях. Этому способствует то, что изученные лиганды и ионы лантанидов образуют уникальные структуры — каркасные металлорганические полимеры (МОКП или MOF, Metal Organic Frameworks).  

«Столь огромное разнообразие структур, включающих в себя азоловые карбоксилаты лантаноидов, открывает удивительные возможности для создания новых материалов с фотолюминесцентными, сенсорными, магнитными и каталитическими свойствами, — считает доцент факультета химии ВШЭ Юрий Белоусов. — Для этого надо тщательно сравнить свойства и способы получения различных соединений. Мы сделали первый шаг в этом направлении — впервые систематизировали разрозненную в литературе информацию в единый источник, который будет полезен для технологических разработок».

Вам также может быть интересно:

Ученые описали возможную причину зеленого свечения в небе

Группа российских ученых из НИУ ВШЭ, ИКИ РАН, ИЗМИРАН описала развитие в пылевой плазме ионосферы модуляционной неустойчивости электромагнитных волн, которая возникает при больших интенсивностях электромагнитного излучения. Исследователи учли неупругие столкновения частиц плазмы ионосферы, а также сформулировали новые задачи и приложения, которые необходимо рассмотреть в будущем. Результаты исследования  опубликованы  в журнале Physics of Plasmas.

Центр языка и мозга НИУ ВШЭ стал мировым лидером за 10 лет

Как менее чем за одно десятилетие развить маленькую исследовательскую группу в крупный научный центр, известный в России и за рубежом? Статья об истории Центра языка и мозга НИУ ВШЭ, удачах и сложностях в первые годы его развития опубликована в специальном выпуске журнала Frontiers in Psychology, посвященном трансляции нейронаучного знания в общество.

Ученые научились добывать «идеальные» 3D-клеточные культуры для исследования рака

Группа ученых из Венгрии, России и Финляндии разработала систему SpheroidPicker, которая умеет выделять раковые клетки определенной формы и размера (сфероиды). Этот первый в своем роде прибор, работающий на основе искусственного интеллекта, позволит стандартизировать работу с образцами опухолей. Результаты исследования опубликованы в журнале  Scientific Reports. В работе над проектом принимал участие младший научный сотрудник Научно-учебной лаборатории искусственного интеллекта для вычислительной биологии НИУ ВШЭ Никита Мошков.

ВШЭ приглашает ведущих исследователей принять участие в конкурсе экспериментальных лабораторий

Высшая школа экономики объявляет открытый конкурс проектов на создание экспериментальных научно-исследовательских лабораторий по естественно-научным направлениям. В конкурсе смогут принять участие проекты по исследованиям в областях биофотоники и старения (биология, физиология, биомедицина, биостатистика, биоинформатика).

Ученые впервые сравнили порождение и понимание речи у русскоязычных детей с аутизмом

Исследователи из  Центра языка и мозга  НИУ ВШЭ совместно с российскими и американскими коллегами впервые сравнили между собой порождение и понимание речи на разных лингвистических уровнях у одной и той же группы детей с аутизмом. Это позволило им опровергнуть гипотезу о том, что дети с аутизмом понимают речь хуже, чем говорят. Исследование опубликовано в журнале  Research in Developmental Disabilities

Ученые НИУ ВШЭ: только госслужащие-женщины смогут побороть коррупцию в России

Чиновницы в два раза чаще считают взятки проблемой. Реже рискуют своей должностью и участвуют в махинациях. Таковы результаты исследования, проведенного учеными из НИУ ВШЭ и опубликованного в Journal of Economic Behavior and Organization.

Российские ученые выявили особенности иммунного ответа к штаммам SARS-CoV-2

Исследователи ВШЭ оценили эффективность T-клеточного иммунного ответа против 11 штаммов SARS-CoV-2 и создали портал, который позволяет отслеживать влияние мутаций коронавируса на способность главного комплекса гистосовместимости человека (HLA) взаимодействовать с пептидами вируса. Результаты исследования опубликованы в журнале Nucleic Acids Research.

Ученые предложили новое объяснение процессов, лежащих в основе рабочей памяти

Сотрудники Центра нейроэкономики и когнитивных исследований ВШЭ построили численную модель рабочей памяти и показали стабилизирующую роль гамма-ритма, а также важность быстрого взаимодействия между компонентами модели. Полученные результаты могут стать частью теоретического базиса для экспериментов по улучшению функций рабочей памяти при помощи неинвазивной стимуляции мозга. Исследование опубликовано в журнале Frontiers in Neural Circuits.

Готовность наказывать эгоистов объяснили силой функциональных связей мозга

Чем сильнее сила функциональных связей мозга, тем меньше человек склонен наказывать других за несправедливость. Такой вывод сделали ученые из НИУ ВШЭ, проведя нейроимиджинговый эксперимент. Статья 'Wired to punish? Electroencephalographic study of the resting-state neuronal oscillations underlying third-party punishment' опубликована в журнале Neuroscience.

Исследователи ВШЭ нашли последовательность нуклеотидов, отвечающую за эффективную борьбу с патологиями

Сотрудники Mеждународной лаборатории микрофизиологических систем ВШЭ обнаружили последовательность нуклеотидов, характерную для дефектных микроРНК. Это открытие позволит предсказывать ошибки в поведении микроРНК и создавать на их основе лекарственные препараты более эффективно распознающие свои мишени, в том числе, вирусы. Результаты исследования опубликованы в журнале RNA Biology.