Chemiker entwickeln ein molekulares Emissionsthermometer

Zukünftige Technologien basieren auf Phänomenen, die bisher ausschließlich der theoretischen Physik oder Chemie vorbehalten waren. Der Ansatz für Geräte mit hochdichter Informationsspeicherung entstand beispielsweise, als Chemiker Einzelmolekülmagnete entdeckten – ungewöhnliche Komplexe aus Übergangsmetallen und Lanthaniden. Darüber hinaus weisen mehrere Lanthanoidverbindungen temperaturabhängige Lumineszenzeigenschaften auf.

Diese Eigenschaften liegen der Entwicklung molekularer Thermometer zugrunde – Geräten, die eine Fernmessung der Temperatur mit hoher Empfindlichkeit und Auflösung ermöglichen. Diese Lanthanoid-Thermometer sind vielversprechend für zukünftige Anwendungen in der Biologie, Medizin und Kryotechnik.

Chemiker der RUDN-Universität haben nun Gerüstverbindungen von Lanthaniden erhalten, die gleichzeitig die Eigenschaften von monomolekularen Magneten und Lanthanoid-Thermometern aufweisen. Die Studie ist veröffentlicht in RSC-Fortschritte.

„Lanthanoidverbindungen unterschiedlicher Zusammensetzung und Struktur sind aufgrund ihrer magnetischen und lumineszierenden Eigenschaften für Forscher interessant. Dies ist nicht nur aus grundsätzlicher Sicht beeindruckend, sondern auch aufgrund seiner vielversprechenden technologischen Anwendungen.“

„Unser Ziel war es, lumineszierende Verbindungen mit einer Kombination der Eigenschaften von Emissionsthermometern und monomolekularen Magneten zu schaffen. Beispiele für solche Verbindungen sind sehr selten, während sie aufgrund der Möglichkeit, die Temperatur künftiger monomolekularer magnetischer Geräte zu überwachen, von besonderem Interesse sind.“ molekularer Ebene“, sagte Alexey Bilyachenko, Ph.D., ein führender Forscher am Joint Institute of Chemical Research der RUDN-Universität.

Chemiker haben Verbindungen auf Basis von Silsesquioxanen synthetisiert, einer Organosiliciummatrix, die Gerüststrukturen mit Lanthanoidionen unterschiedlicher Natur ermöglicht. Dieses wesentliche Merkmal der Gerüste ermöglicht es, ein Verhalten zu erzielen, das die Eigenschaften verschiedener Lanthanoidzentren kombiniert. Es wurden die ersten drei Beispiele solcher Mischmetallrahmen erhalten. Sie alle enthalten vier Lanthanoidionen.

Eine Verbindung, die Dysprosium- und Terbiumionen kombiniert (sowie eine Verbindung, die eine Dreifachkombination enthält – Europium-Terbium-Yttrium), weist sowohl paramagnetische Eigenschaften (Wechselwirkung mit einem Magnetfeld) als auch Emission (für diese Lanthanoide charakteristisches Leuchten) auf.

Am interessantesten erwies sich die Verbindung mit Europium- und Dysprosiumionen. Es weist gleichzeitig die Eigenschaften eines monomolekularen Magneten und eines Lanthaniden-Thermometers auf. Die Verbindung ist als Emissionsthermometer in einem weiten Temperaturbereich von 20℃ bis 100℃ einsetzbar und zeichnet sich durch eine hohe relative thermische Empfindlichkeit (1,15 % K-1 bei 293 K) aus. Die Herstellung dieser Verbindung eröffnet weitreichende Möglichkeiten für das molekulare Design funktioneller Lanthanoidkomplexe.

„Der von uns erhaltene Komplex weist ungewöhnliche, multifunktionale Eigenschaften auf – einen Einzelmolekülmagneten und ein Emissionsthermometer mit Selbstkalibrierungsmechanismus. Weitere Forschung in diesem Bereich ist für die Schaffung von Materialien der neuen Generation sehr vielversprechend“, sagte Alexey Bilyachenko, Ph. D., ein führender Forscher am Joint Institute of Chemical Research der RUDN-Universität.