Главная страница /

 

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

 

 

Фото. Управление цветом красителя посредством рационального дизайна органических хромофорных фрагментов

 

 

Источник: Tatarin, S.V.; Smirnov, D.E.; Taydakov, I.V.; Metlin, M.T.; Emets, V.V.; Bezzubov, S.I. Tailoring the π-System of Benzimidazole Ligands towards Stable Light-Harvesting Cyclometalated Iridium (III) Complexes. Dalton Trans. 2023, 52, 6435–6450. DOI: 10.1039/D3DT00200D

 

Пресс-релиз опубликован на сайтах Научная Россия https://scientificrussia.ru/articles/rossijskie-himiki-nasli-sposob-povysit-effektivnost-solnecnyh-batarej, Поиск https://poisknews.ru/themes/himiya/effektivnye-krasiteli-dlya-solnechnyh-elementov-sozdali-v-ionh-ran/, РНФ https://rscf.ru/news/chemistry/effektivnye-krasiteli-dlya-solnechnykh-elementov-sozdali-v-ionkh-ran/, РАН https://new.ras.ru/activities/news/organicheskie-molekuly-antenny-mnogokratno-usilili-pogloshchenie-sveta-solnechnymi-elementami/, Рамблер https://news.rambler.ru/tech/50909817-razrabotan-podhod-k-sozdaniyu-effektivnyh-krasiteley-dlya-solnechnyh-elementov/, Индикатор https://indicator.ru/chemistry-and-materials/khimiki-razrabotali-podkhod-k-sozdaniyu-effektivnykh-krasitelei-dlya-solnechnykh-elementov-19-06-2023.htm, InScience https://inscience.news/ru/article/russian-science/12524, Mendeleev.info https://mendeleev.info/himiki-razrabotali-podhod-k-sozdaniyu-effektivnyh-krasitelej-dlya-solnechnyh-elementov/, Хабр https://habr.com/ru/news/740760/, NanoNewsNet https://www.nanonewsnet.ru/news/2023/rossiiskie-khimiki-nashli-sposob-povysit-effektivnost-solnechnykh-batarei, News.ru https://news2.ru/story/664181/, Colab https://colab.ws/news/608, в Научном микроблоге базы данных результативности деятельности научных организаций Минобрнауки России https://sciencemon.ru/office/org/blog/261887/