Toekomstige technologieën zijn afhankelijk van verschijnselen die voorheen werden beschouwd als het exclusieve domein van de theoretische natuurkunde of scheikunde. De benadering van apparaten met informatieopslag met hoge dichtheid ontstond bijvoorbeeld toen scheikundigen magneten met één molecuul ontdekten:ongebruikelijke complexen van overgangsmetalen en lanthaniden. Bovendien vertonen verschillende lanthanideverbindingen temperatuurafhankelijke luminescentie-eigenschappen.

Deze eigenschappen liggen ten grondslag aan de creatie van moleculaire thermometers:apparaten die temperatuurmetingen op afstand met een hoge gevoeligheid en resolutie mogelijk maken. Deze lanthanidethermometers zijn veelbelovend voor toekomstige toepassingen in de biologie, geneeskunde en cryogene techniek.

Chemici van de RUDN Universiteit hebben nu raamwerkverbindingen van lanthaniden verkregen die tegelijkertijd de eigenschappen van monomoleculaire magneten en lanthanidethermometers vertonen. Het onderzoek is gepubliceerd in RSC Advances .

"Lanthanideverbindingen met verschillende samenstellingen en structuren zijn van belang voor onderzoekers vanwege hun magnetische en luminescerende eigenschappen. Dit is niet alleen indrukwekkend vanuit fundamenteel oogpunt, maar ook vanwege de veelbelovende technologische toepassingen.

“Ons doel was om luminescerende verbindingen te creëren met een combinatie van de eigenschappen van emissiethermometers en monomoleculaire magneten. Voorbeelden van dergelijke verbindingen zijn zeer zeldzaam, terwijl ze van bijzonder belang zijn vanwege de mogelijkheid om de temperatuur van toekomstige monomoleculaire magnetische apparaten te monitoren op de op moleculair niveau”, aldus Alexey Bilyachenko, Ph.D., een vooraanstaand onderzoeker aan het Joint Institute of Chemical Research van de RUDN Universiteit.

Chemici hebben verbindingen gesynthetiseerd op basis van silsesquioxanen, een organosiliciummatrix die raamwerkstructuren mogelijk maakt met lanthanide-ionen van verschillende aard. Dit essentiële kenmerk van de raamwerken maakt het mogelijk gedrag te verkrijgen dat de eigenschappen van verschillende lanthanidecentra combineert. De eerste drie voorbeelden van dergelijke frames van gemengd metaal werden verkregen. Ze bevatten allemaal vier lanthanide-ionen.

Een verbinding die dysprosium- en terbiumionen combineert (evenals een verbinding die een drievoudige combinatie bevat:europium-terbium-yttrium) vertoont zowel paramagnetische eigenschappen (interactie met een magnetisch veld) als emissie (gloed die kenmerkend is voor deze lanthaniden).

De verbinding met europium- en dysprosium-ionen bleek het meest interessant. Het vertoont tegelijkertijd de eigenschappen van een monomoleculaire magneet en een lanthanidethermometer. De compound is toepasbaar als emissiethermometer in een breed temperatuurbereik van 20℃ tot 100℃ en wordt gekenmerkt door een hoge relatieve thermische gevoeligheid (1,15% K ^-1 bij 293 K). De bereiding van deze verbinding opent brede mogelijkheden voor het moleculaire ontwerp van functionele lanthanidecomplexen.

"Het complex dat we hebben verkregen vertoont ongebruikelijke, multifunctionele eigenschappen:een magneet met één molecuul en een emissiethermometer met een zelfkalibratiemechanisme. Verder onderzoek op dit gebied is veelbelovend voor de creatie van nieuwe generatie materialen", zegt Alexey Bilyachenko, Ph. D., een vooraanstaand onderzoeker aan het Joint Institute of Chemical Research van de RUDN Universiteit.

Meer informatie: Gautier Félix et al, Tetranucleaire lanthanide-gebaseerde silsesquioxanen:naar een combinatie van een langzame relaxatie van de magnetisatie en een luminescerende thermometrie, RSC Advances (2023). DOI:10.1039/D3RA04901A

Journaalinformatie: RSC-vooruitgang

Aangeboden door RUDN Universiteit