Ученые из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова
РАН совместно с коллегами из Физического института им. П.Н. Лебедева РАН
и Института физической химии и электрохимии имени А.Н. Фрумкина РАН
синтезировали органические молекулы-антенны, присоединение которых к
иридию многократно усилило поглощение света полученных
металлоорганических соединений по сравнению с их индивидуальными
компонентами. Разработка перспективна для альтернативной энергетики.
Результаты работы, поддержанной Российским научным фондом (№ 22-23-
01171), опубликованы в журнале Dalton Transactions.
Металлоорганические соединения иридия известны своими уникальными
оптическими свойствами и способностью ярко люминесцировать под
действием электрического поля, благодаря чему они нашли применение в
качестве компонентов органических светоизлучающих диодов – основы
современных дисплеев. При этом гигантским преимуществом соединений
иридия является то, что при незначительном изменении их состава и структуры
они могут решать и обратную задачу – улавливать солнечное излучение и
участвовать в его преобразовании в электрический ток, то есть работать в
солнечных батареях.
Для более эффективного поглощения солнечного света и выработки
большего количества электричества соединения иридия модифицируют с
применением органических молекул-антенн, содержащих структурные
фрагменты, подобные тем, что присутствуют в молекулах хлорофилла или
каротина. К сожалению, заманчивая идея использовать подход, отточенный
миллиардами лет эволюции живой природы, для конструирования стабильных
и эффективных иридиевых красителей для солнечной энергетики до сих пор не
давала должного результата, главным образом, из-за отсутствия понимания
взаимосвязей между размерами и строением «антенн», устойчивостью
соединений и их оптическими свойствами.
Химикам из ведущих московских институтов удалось многократно
усилить поглощение света соединениями иридия за счет их модификации
органическими молекулами-антеннами и описать особенности этого процесса.
Работу прокомментировал один из соавторов статьи, старший научный
сотрудник Лаборатории кристаллохимии и рентгеноструктурного анализа
ИОНХ РАН, кандидат химических наук Станислав Беззубов: «Мы разработали
и в одну стадию синтезировали серию антенных молекул на основе имидазола,
производные которого широко распространены в природе. Все полученные
органические молекулы, как и многие естественные пигменты, содержат
замкнутую систему двойных связей углерод-углерод, но при этом они остаются
бесцветными до взаимодействия с иридием, после чего и проявляются их
антенные свойства. На основе изучения серии иридиевых красителей с
применением современных инструментальных методов, в первую очередь,
рентгеноструктурного анализа и электронной спектроскопии, мы установили,
до каких пределов возможно увеличить размеры молекул-антенн с сохранением
приемлемой для работы в солнечных батареях устойчивости соединений
иридия. Сопоставление данных о структуре красителей с измеренными
оптическими характеристиками позволило найти баланс между структурой
антенн, стабильностью и глубиной окраски соединений иридия, на основе чего
были выявлены и успешно протестированы в солнечных батареях наиболее
перспективные из полученных соединений. Кроме того, мы научились тонко
подстраивать цвет красителей за счет введения в структуру антенн электрон-
дефицитных или электрон-избыточных фрагментов».
Найдя ключ к созданию стабильных интенсивно окрашенных соединений
иридия, исследователи планируют в дальнейшем использовать
«подсмотренные» у природы принципы для конструирования еще более
эффективных красителей, а также улучшить качество сборки устройств.
Схема. Соединения иридия, содержащие органические фрагменты с
расширенной сопряженной системой, активно поглощают свет и участвуют в
его эффективном преобразовании в электрический ток в солнечных батареях
(автор иллюстрации – к.х.н. Станислав Беззубов)
Фото. Управление цветом красителя посредством рационального дизайна
органических хромофорных фрагментов (автор фото – к.х.н. Станислав
Беззубов)
Нет комментариев