КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 16-13-10537

НазваниеХимический дизайн и способы управления фотоактивностью и магнитными свойствами кристаллов светоизлучающих и магнитоактивных полиядерных соединений с атомами 3d- и 4f-элементов

РуководительКискин Михаил Александрович, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук, г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ 2016 г. - 2018 г.  , продлен на 2019 - 2020. Карточка проекта продления (ссылка)

Конкурс№13 - Конкурс 2016 года на получение грантов по приоритетному направлению деятельности РНФ «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-203 - Химия координационных соединений

Ключевые словаГетерометаллические комплексы, лантаниды, переходные металлы, кристаллическая структура, люминесценция, магнитные свойства, твердые растворы

Код ГРНТИ31.17.29


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Проект затрагивает решение научной проблемы, связанной с исследованиями влияния внутри- и межмолекулярных нековалентных взаимодействий на физико-химические свойства (люминесцентные и магнитные) кристаллов, содержащих полиядерные молекулы с атомами d- и 4f-элементов, в рамках поиска способов получения легко фиксируемого обратимого отклика материала на внешние воздействия (наложение магнитного поля, источник света, электрическое напряжение или сорбция/десорбция субстрата). Предполагается, что решение задач проекта будет способствовать развитию методологий синтеза новых интеллектуальных материалов, перспективных для применения в качестве молекулярных сенсоров, элементов памяти, селективных сорбентов. Кроме того, такие вещества могут быть полезны как компоненты активных элементов устройств, используемых в флуоресцентном иммунноанализе, в лазерных установках, системах освещения, электролюминесцентных приборах и диодах, электронно-лучевых трубках, а также в качестве составных частей контрастирующих агентов, секретных чернил, солнечных батарей или в системах визуализации изображений [Luminescent Materials and Applications, Ed. A. Kitai, 2008, 278 p.]. Дизайн органических фотосенсибилизаторов доминирует в развитии методов создания интеллектуальных оптических устройств на основе соединений с атомами лантанидов из-за их высоких молярных коэффициентов поглощения (по сравнению с другими фотоактивными неорганическими материалами), широких возможностей молекулярного химического дизайна, а также эффективной сенсибилизации металлоцентров для управления и усиления процессов люминесценции. С этой точки зрения выбранные нами в качестве объектов исследования гетерометаллические комплексы, содержащие стехиометрические комбинации ионов 3d- и 4f-металлов, позволяют существенно увеличить круг объектов исследований. Во-первых, это связано с тем, что 3d-4f-комплексы могут способствовать расширению функциональности материалов на их основе за счет следующих факторов: 1) покрытия дальнего и ближнего УФ цвета, 2) реализации эффективных способов переноса внешней энергии к люминесцирующему металлоцентру, 3) расширения возможностей управления свойствами кристаллов таких соединений путем варьирования природы d- и 4f-металлоцентров, входящих в состав полиядерных архитектур, 4) подбора органических и неорганических лигандов, выполняющих концевые или мостиковые функции. В задачи проекта входит разработка подходов к синтезу новых молекулярных 4f- и/или d-4f комплексов, проявляющих уникальные люминесцентные (в области видимого ультрафиолета (УФ) и ближнего инфракрасного излучения (БлИК)) и/или магнитные (переход в магнитное упорядочение, гистерезис намагниченности) свойства. На базе полученных комплексов планируется разработка методик синтеза координационных полимеров, физико-химические свойства которых определяются функциональными группами лигандов и парамагнитными центрами. А также будут исследованы факторы, влияющие на спектральные и магнитные свойства (внутри- и межмолекулярные взаимодействия лигандов в комплексе, эффективность переноса энергии к иону лантанида, наличие/отсутствие субстрата и его природа, влияние наличия и природы сольватных молекул в кристаллах). На кристаллическом уровне будут получены твёрдые растворы молекулярных комплексов лантанидов, светоизлучающих белым цветом, для которых индекс цветопередачи (CRI) и цветовая температура (CCT), как правило, корректируются соотношением разных металлов в кристалле. Так же на основе твердых растворов комплексов, в которых супрамолекулярные взаимодействия определяют (в некоторой мере) люминесцентные свойства, будут изучены способы усиления эффективности эмиссии, увеличения времени жизни люминесценции и квантового выхода за счет допирования их ионами других лантанидов.

Ожидаемые результаты
Будут получены и охарактеризованы систематические ряды полиядерных комплексов с разным и схожим строением металлоостова и различными органическими лигандами, типами упаковки молекул в кристалле; исследованы их строение и фотолюминесцентные свойства; проанализировано влияние различных факторов на их физические свойства. Будут предложены способы химического управления молекулярным строением и кристаллической архитектурой d- и/или 4f- гомо- и d-4f-гетерометаллических комплексов в качестве возможного инструмента для направленного варьирования функциональных свойств кристаллов. Все полученные результаты будут являться новыми и соответствовать мировому уровню. На основе анионов пивалиновой, 1-нафтойной, 2-фуранкарбоновой и других кислот, а также N-донорных гетероциклических лигандов будут впервые синтезированы и структурно охарактеризованы систематические серии гомометаллических 4f-, а также гетерометаллических d-4f полиядерных координационных соединений с варьируемой геометрией координационного узла и управляемой архитектурой упаковки молекул в кристаллическом состоянии. При исследованиях спектрально-люминесцентных и магнитных свойств координационных полиядерных соединений предполагается получить принципиально новые результаты, которые покажут возможность эффективного использования объектов нашего научного исследования для создания нового поколения излучающих слоев электролюминесцентных устройств, сенсоров, а также устройств записи, хранения и обработки информации и др., что приобретает критическую важность в условиях проводимой в настоящее время Правительством Российской Федерации политики импортозамещения.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2016 году
В 2016 году в рамках задачи получения гетерометаллических комплексов с ионами Zn/Cd и лантаноидов разработаны методики получения координационных полимеров [LnCd2(Piv)7(H2O)2]n·nMeCN (Ln = Eu, Gd, Tb), молекулярных комплексов на основе Cd-Eu трехъядерных фрагментов {Cd2Eu(bzo)6(NO3)}, {Cd2Eu(bzo)7}, серия соединений [Zn2Ln(NO3)(Piv)6(Ph-Py)2], а так же сокристаллизатов общего состава [Zn2GdxTb(1–x)(OH)(NO3)2(Piv)4(phen)2]. Для 1D полимера [EuCd2(Piv)7(H2O)2]n·nMeCN определена структура, показана изоструктурность полимеров с ионами Gd и Tb. Изучение химической активности [EuCd2(Piv)7(H2O)2]n·nMeCN показало, что он демонстрирует высокую лабильность гетерометаллического фрагмента по отношению к N-донорным лигандам (2,2-дипиридил, 1,10-фенантролин), что приводит к разрушению комплекса и образованию гомометаллических соединений металлов. В реакциях солей Cd(II) и Ln(III) и 3,5-ди-трет-бутилбензойной кислоты (Hbzo) были выделены трехъядерные молекулярные гетерометаллические комплексы состава [Cd2Eu(bzo)6(NO3)(MeCN)2(THF)2] и [Cd2Eu(bzo)7(MeCN)(EtOH)(H2O)]. Показано, что координированные на атомах кадмия молекулы растворителей достаточно лабильны, поэтому синтезированные комплексы могут быть перспективными исходными для получения на их основе комплексов с дополнительными ароматическими лигандами, усиливающими люминесценцию центрального иона лантаноида. Получена серия гетерометаллических соединений с общей формулой [Zn2Ln(NO3)(Piv)6(Ph-Py)2] (Ln = Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Ph-Py = 2-фенилпиридин). По данным РСА комплексы можно разделить на две группы: претерпевающие и не претерпевающие структурный фазовый переход (ф.п.) в доступном температурном интервале (100–300 K). К первой группе (ФП) относятся комплексы с Ln = Y, Sm–Yb (пр. гр. P21/c, Z = 4). Ко второй группе (НФП) относятся соединения с Ln = La (пр. гр. C2/c, Z = 8) и Ln = Ce, Pr, Nd (пр. гр. P–1, Z = 4). Согласно анализу дифракционной картины фазовый переход в ФП комплексах, проходящий с сохранением макроскопической формы кристалла, относится к типу порядок-беспорядок. Высокотемпературная фаза оказывается макроскопически упорядоченной (монокристаллической), тогда как понижение температуры приводит к необратимой потере дальнего порядка: понижению интенсивностей брегговских отражений и аморфизации, сохраняющихся и при последующем повышении температуры. Сравнение комплексов ФП и НФП указывает на зависимость наблюдаемого эффекта перестройки структуры и, возможно, температуры фазового перехода от природы атомов Ln. Фазовый переход наблюдается для систем с формально бо́льшими радиусами ионов металла (например, Y и лантаноиды середины и конца ряда). Получена серия изоструктурных соединений [Zn2Ln(OH)(NO3)2(Piv)4(phen)2] (Ln = Sm, Gd, Tb, Dy), в кристаллах которых, благодаря наличию гетероароматических π-систем реализуются эффективные внутри и межмолекулярные стэкинг-взаимодействия, приводящие к формированию супрамолекулярной стопочной структуры, что делает такой тип соединений перспективным для исследования влияния межмолекулярных взаимодействий на оптические свойства. Отработана методика получения исходных комплексов, а так же сокристаллизатов состава [Zn2GdxTb(1–x)(OH)(NO3)2(Piv)4(phen)2] (x = 0.05, 0.1, 0.25, 0.5) и [Zn2EuxTb(1–x)(OH)(NO3)2(Piv)4(phen)2] (x = 0.50, 0.75, 0.90, 0.95). Также выделен и исследован молекулярный комплекс европия(III)-кобальта(II) [CoEu(Piv)5(1,10-phen)]•MeCN. Исследования ФЛ свойств комплекса показало, что присутствие «магнитного» 3d-иона кобальта(II) в составе молекулы приводит к тушению люминесценции европия(III). Данный эффект может быть вызван концентрационным тушением в присутствии высокоспинового иона металла или эффективным поглощением внешнего света хромофором CoO3N2, который препятствует последующей передаче энергии иону европия(III). В будущем планируется определить причину тушения люминесценции. Разработаны методики синтеза трех моноядерных соединений различного состава и строения [Dy(H2O)(CH3OH)(NO3)2(L1)], [Dy(CH3OH)(NO3)(L1)2]∙CH3CN и [Dy(L1)3]∙2H2O, где HL1 является основанием Шиффа на основе гидразида 4-пиридинкарбоновой кислоты и 2-пиридинкарбальдегида. Отработанные методики позволят выделить аналогичные соединения с другими ионами лантаноидов, а так же исследовать перспективность их использования в качестве металлсодержащих лигандов, вследствие наличия свободных атомов азота пиридильных фрагментов для связывания ионов металлов в полимерные структуры. Получены термостабильные комплексы [Ln(4-phbz)3]n, где Ln = Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, 4-phbz – анион 4-фенилбензойной кислоты, представляющие собой 1D изолированные металлоцепочки. Показано, что [Eu(4-phbz)3]n в инертной атмосфере плавится без разрушения при tm = 297 °C (ΔHm = 43.3 кДж/моль), а медленное охлаждение приводит к кристаллизации образца, который имеет те же свойства плавления, что и исходный образец. Термическое поведение образца на воздухе показало, что [Eu(4-phbz)3]n начинает плавиться при 230 °C частично разлагаясь, что может быть вызвано процессами окисления. Комплекс [Eu(4-phbz)3]n показывает относительную слабую эффективность сенсибилизации (η = 34.5%) с последующим низким общим квантовым выходом (5%) и временем жизни τ = 1100 мкс. Комплекс [Tb(4-phbz)3]n имеет высокий квантовый выход (66%) и время жизни люминесценции 5D4 возбужденного состояния (τ = 750 мкс), что свидетельствует об эффективной сенсибилизации иона Tb3+ анионом 4-фенилбензойной кислоты. По данным магнитных измерений показано, что в [Gd(4-phbz)3]n реализуются слабые обменные взаимодействия (g = 1.98 и J = –0.053 см–1) между ионами металлов в цепочке. AC-измерения для полимера [Dy(4-phbz)3]n показали отчетливый частотно-зависимый сигнал χ''(Т) даже в нулевом поле. Дополнительные AC-измерения в постоянном поле 1000 Э позволили оценить энергетический барьер Ueff = 7 K и время релаксации τ0 = 5.3 · 10–6 с. С 2-(5-трифторметил-2H-пиразол-3-ил)пиридином (HL3) получен и охарактеризован тетраядерный комплекс цинка [Zn4(OH)2(L3)4(Piv)2]. С серебром и HL3 выделено две кристаллические формы, α- и β-формы, комплекса [Ag3(L3)3], которые отличаются упаковкой и межмолекулярными взаимодействиями треугольных молекул комплекса в кристалле. Показано, что молекула комплекса [Ag3(L3)3] при растворении в толуоле сохраняет свой состав и строение, что подтверждено данными ЯМР. Получена серия соединений состава [Ln(NO3)3(H2O)3]·2(L4) (Ln = Gd, Eu, Tb, Dy, L4 = 4-(пиридин-2-ил)метиленамино-1,2,4-триазол). Соединения изоструктурны и являются 2D супрамолекулярными полимерами. Синтезирована изоструктурная серия соединений состава [KLn(VO)2(cbdc)4(H2O)9]n·3.5nH2O, где Ln = Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Y, cbdc = дианион циклобутан-1,1-дикарбоновой кислоты. Кристаллическая структура этих соединений образована гетерометаллическими трёхъядерными анионными фрагментами [Ln(VO)2(сbdc)4(H2O)8]- и катионами K+. Показано, что ионы ванадия(IV) и гадолиния(III) в [KGd(VO)2(cbdc)4(H2O)9]n·3.5nH2O связаны друг с другом ферромагнитными обменами (J = ~0.9 см–1). Получены кристаллы нового комплекса [K3Cr(cbdc)3(MeOH)2(H2O)3]n, который перспективен в качестве исходного для синтеза комплексов {Cr(III)-Ln(III)}.

 

Публикации

1. Кискин М.А., Доброхотова Ж.В., Богомяков А.С., Козюхин С.А., Тимошенко В.Ю., Еременко И.Л. Биметаллические 3d-4f-молекулы [MEu(Piv)5(1,10-phen)] (M = Zn2+, Co2+): синтез, строение, люминесцентные и магнитные свойства Известия Академии наук, Серия химическая, № 6, С. 1488-1494 (год публикации - 2016)


Аннотация результатов, полученных в 2017 году
Разработаны методики синтеза Ln-Cd гетерометаллических молекулярных трехъядерных комплексов с анионами 3,5-ди-трет-бутилбензойной кислоты (dtbbenz) и монодентатными и хелатирующими N-донорными лигандами: [LnCd2(dtbbenz)7(bpy)2(H2O)] (Ln = Eu, Tb, Sm, Dy), [EuCd2(dtbbenz)7(phen)(EtOH)2], [LnCd2(dtbbenz)6(NO3)(phen)2] (Ln = Eu, Tb), [SmCd2(dtbbenz)6(NO3)(lut)2(H2O)2], [LaCd2(dtbbenz)7(lut)2(H2O)2, [LnCd2(dtbbenz)7(lut)4] (Ln = Eu, Tb), [EuCd2(dtbbenz)7(phtd)2(H2O)2].phtd, [EuCd2(dtbenz)7(cd-py)(EtOH)3]. Для выделенных соединений определены молекулярные структуры, проанализированы упаковки молекул комплексов в кристалле и показано, что они могут формировать супрамолекулярные цепочки за счет межмолекулярных π-π-взаимодействий между ароматическими кольцами N-донорного лиганда. Для полученных соединений показано, что металл-центрированная люминесценция определяется фактом наличия ароматических заместителей при карбоксилатных группах (анион 3,5-ди-трет-бутилбензойной кислоты), координированные N-донорные ароматические молекулы не вносят весомых изменений в квантовый выход изученных соединений. Так же на примере комплексов европия(III) показано, что природа нейтрального N- и/или O-донорного лиганда в координационной сфере иона кадмия(II) может определять фотофизические характеристики комплекса: если атомы кадмия координируют по две молекулы этанола, квантовый выход составляет 2.5%, замещение молекул этанола на одну молекулу 1,10-фенантролина или одну молекулу 2,2’-биридина повышает квантовый выход до 14-14.5%, и если все молекулы этанола заместить на 2,4-лутидин, то квантовый выход достигает 40%. Данный эффект, по видимому, обусловлен стерическим эффектами, вызванными природой и объемом нейтральных лигандов, которые в свою очередь снижают внутримолекулярные колебания анионов, которые могут участвовать в вибрационных процессах тушения люминесценции. Помимо того, что продемонстрирована устойчивость металлофрагментов {Cd2Ln(dtbenz)7} и {Cd2Ln(dtbenz)6(NO3)} в реакциях с монодентатными и хелатирующими лигандами, определено, что они могут быть использованы в качестве «строительных блоков» для синтеза 1D-координационных полимеров в реакциях с мостиковыми N-донорными лигандами (пиразин, 4,4’-бипиридин). Квантовый выход для координационного полимера [EuСd2(4,4’bpy)(dtbbenz)7(EtOH)2]n составляет 11% и сопоставим с квантовыми выходами молекулярных EuCd2-комплексов с 2,2’-bpy и 1,10-phen. С анионом пентафторбензойной кислоты (pfbenz) были выделены молекулярные, [LnCd2(pfbenz)6(NO3)(bpy)2] (Ln = Eu, Tb, Sm), и полимерный, {Tb2Cd2(pfbenz)8(NO3)2(phen)2(H2O)}n, комплексы. Стабилизация полимерной структуры связана с внутримолекулярным взаимодействием пентафторбензоатных заместителей с ароматическими фрагментами 1,10-фенантролина, что вызывает изменение геометрии комплексов, обеспечивает смещение координированных N,O-донорных лигандов с появлением дополнительных координационных позиций на ионе металла и появлению возможности координации мостиковых карбоксилатных групп соседних тетраядерных фрагментов. Так же показано, что замена dtbbenz на pfbenz в составе трехъядерного металлокарбоксалатного фрагмента {EuCd2(O2CR)6(NO3)} приводит к увеличению квантового выхода с 13% до 25% и времени жизни люминесценции с 1150 до 2150 мкс. Получена серия комплексов с анионами 2-фуранкарбоновой кислоты (Hfur) общего состава [Ln2M2(fur)8(NO3)2(bpy)2] (Ln = Sm, Eu, Gd, Tb; M = Zn, Cd). Характерным отличием в строении комплексов является то, что в Ln2Cd2-комплексах каждый атом кадмия координирует по одному атому кислорода фуранового цикла, чего не наблюдается в Ln2Zn2-комплексах. По-видимому, это сказывается на электронных характеристиках комплексов: энергия триплетного уровня (ET) фрагмента {M(fur)3(bpy)} (M = Zn, Cd) зависит от природы иона металла, если M = Zn - ET = 21500 см-1, если M = Cd - ET = 24000 см-1. На этом примере показано, что замена Zn на Cd в комплексах тербия(III) приводит к почти двухкратному увеличению квантового выхода, а в комплексах европия - к 11-кратному. В то же время изучение фотофизических свойств монометаллического комплекса европия(III) [Eu2(fur)4(NO3)2(DME)2] выявило слабую сенсибилизацию люминесценции иона металла, квантовый выход равен 1%. Получена серия соединений [LnZn2(NO3)(Piv)6(R-Py)2] (Piv = пивалат-анион), заместители R (3-фенил, 4-фенили, 2-этинил), в которых, отличаются степенью «стерической нагрузки». Показано, что изменение положения фенильного заместителя в пиридиновом кольце терминального лиганда, а так же его замена на 2-этинил, блокирует возможность реализации (ранее наблюдавшихся у комплексов 2-Ph-Py) структурных фазовых переходов при охлаждении вплоть до 120 K. Таким образом, для придания монокристаллам соединений данного типа динамических свойств, необходимо введение стерически нагруженного заместителя, обладающего конформационной подвижностью, именно во второе положение пиридинового кольца. Так же подтверждено, что в комплексах [Zn2Ln(NO3)(Piv)6(Ph-Py)2] (Ln = Eu, Tb, Ph-Py = 2-фенилпиридин) наблюдается яркая люминесценция в красной и зеленой областях с квантовым выходом 40% для обоих соединений и временами жизни люминесценции 2570 и 2600 мкс, соответственно. Исследованы фотолюминесцентные свойства серии сокристаллизатов [GdxTb(1–x)Zn2(OH)(NO3)2(Piv)4(phen)2] (x = 0.05, 0.1, 0.25, 0.5). Показано, что введение 10% Gd приводит к повышению квантового выхода на 8% (до величины 33%) по сравнению с исходным комплексом [TbZn2(OH)(NO3)2(Piv)4(phen)2] (Qout = 26%) благодаря повышению эффективности внутрисистемного переноса энергии возбуждения, происходящему при введении ионов Gd3+. Отработаны методики синтеза моноядерных комплексов лантанидов (Eu, Tb) с анионом N-((пиридин-2-ил)метилен)пиридин-4-карбогидразида и показаны, что их состав и строение соответствует ранее полученным соединениям диспрозия(III). Так же на основании магнитных измерений определено, что все три комплекса диспрозия [Dy(H2O)(MeOH)(NO3)2L], [Dy(MeOH)(NO3)L2]∙MeOH, [DyL3]∙2H2O можно отнести к классу моноионных магнетиков (SIM), для которых энергетический барьер (Ueff) и время релаксации (τ0) определяется локальным окружением иона металла. Для комплекса [Dy(H2O)(MeOH)(NO3)2L] определены следующие характеристики: Ueff составляет 152 K, τ0 = 1.2 × 10−9 с в поле силой 2500 Э. Для комплекса [Dy(MeOH)(NO3)L2]∙MeOH: энергетический барьер Ueff = 152 K, τ0 = 1.2 × 10−10 с в нулевом поле и Ueff = 313 K, τ0 = 1.1 × 10−10 с в поле силой 1000 Э. Для комплекса [DyL3]∙2H2O: Ueff =15 K, τ0 = 4 × 10−4 с в поле силой 1500 Э. Таким образом, сравнивая значения энергетических барьеров комплексов диспрозия(III) с основаниями Шиффа (как полученных в нашей работе, так и ранее опубликованных другими авторами), можно отметить, что для [Dy(MeOH)(NO3)L2]∙MeOH оно является в своем роде рекордным. Изучено влияние заместителей при карбоксилатной группе на люминесцентные свойства ионов лантанидов в моноядерных комплексах европия и тербия с трис(3-(2’-пирилил)пиразолил боратом (TpPy-), которые сами по себе представляют люминесцирующие вещества с металл-центрированной эмиссией. Показано, что в ряде исследованных соединений электронная структура дополнительного лиганда (аниона уксусной (OAc-), трифторуксусной (CF3CO2-), трихлоруксусной (CCl3CO2-), пивалиновой (CMe3CO2-), 1-адамантанкарбоновой (ad-), бензойной (PhCO2-), пентафторфензойной (pfbenz-) и 2-нафтойной (naph–) кислот, а так же тетрааниона пиромеллитовой кислоты (pma4-)) значительно влияет на квантовую эффективность люминесценции. Таким образом, квантовая эффективность люминесценции близка для комплексов с алифатическими карбоксилатами, но различна для комплексов с ароматическими. Так например, квантовые выходы излучения для комплексов с фторированными лигандами алифатической и ароматической природы (CF3CO2–, pfbenz–) не были выше, чем у соответствующих нефторированных аналогов. В работе были изучены пивалатные комплексы кадмия(II), которые отчасти используются или могут быть использован в качестве прекурсоров для синтеза новых соединений. Показано, что растворение {Cd(Piv)2}, получаемого сплавлением ацетата кадмия(II) и пивалиновой кислоты, в воде приводит к образованию моноядерного комплекса [Cd(Piv)2(Н2О)2], а в ацетонитриле – гексаядерного комплекса [Cd6(Piv)12(MeCN)2]. Комплекс [Cd(Piv)2(Н2О)2] может быть получен реакцией Ba(Piv)2 и CdSO4∙8/3H2O или растворением [Cd6(Piv)12(MeCN)2] в воде. При исследовании системы «V– Ln – M2R2mal» (M = Na, K) показано, что природа щелочного металла, вводимого в реакцию в составе соли циклобутан-1,1-дикарбоновой кислоты, оказывает влияние на строение формирующегося гетерометаллического соединения, выделено три структурных типа соединений. Для La и Ce получены соединения 1D полимерного строения ({[Ln(VO)(cbdc)2(H2O)7]·1/2[VO(cbdc)2]}n - I структурный тип), которые не образуются в системах с другими лантанидами. Для Ln(III)-V(IV) карбоксилатов, где Ln(III) = Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, характерно образование гетерометаллических анионных комплексов с трёхъядерным металлоостовом ([KLn(VO)2(cbdc)4(H2O)9]n·3.5nH2O - II структурный тип). Для Y, Er, Tm, Yb, Lu – молекулярных комплексов с биядерными гетерометаллическими фрагментами ([KLn(VO)2(cbdc)4(H2O)11]·2H2O - III структурный тип). Дополнительно была исследована система V(IV)-Gd(III)-M2(cbdc), где варьировался щелочной металл М (M = Na, Rb, Cs). Были получены новые координационные комплексы ([NaGd(VO)2(cbdc)4(H2O)10]n, [RbGd(VO)2(cbdc)4(H2O)10]n·2.5nH2O, [CsGd(VO)2(cbdc)4(H2O)11]·5H2O), в состав которых входит гетерометаллический трехъядерный анион [Gd(VO)2(сbdc)4(H2O)8]‒. Влияние природы катиона щелочного металла определяется связыванием фрагментов {GdV2} между собой в кристалле, порядком размерности структуры и изменениями расстояний V···Gd внутри фрагментов {GdV2}. Все полученные в результате исследований комплексы (более 60) охарактеризованы совокупностью методов (ИК-спектроскопия, элементный анализ, рентгеноструктурный и рентгенофазовый анализы), для части соединений исследованы фотофизические и/или магнитные свойства. По результатам работы 2017 и 2016 годов опубликованы 2 статьи (Dalton Transactions, European Journal of Inorganic Chemistry), 2 статьи приняты в печать (Координационная химия) и 2 статьи отправлены и проходят стадию рецензирования.

 

Публикации

1. Гоголева Н.В., Сидоров А.А., Нелюбина Ю.В., Шмелев М.А., Александров Г.Г., Кузнецова Г.Н., Кискин М.А., Еременко И.Л. Формирование полядерных пивалатов кадмия в обменных реакциях Координационная химия, - (год публикации - 2018)

2. Евстифеев И.С., Ефимов Н.Н., Вараксина Е.А., Тайдавков И.В., Миронов В.С., Доброхотова Ж.В., Александров Г.Г., Кискин М.А., Еременко И.Л. Thermostable 1D lanthanide 4-phenylbenzoate polymers [Ln(4-phbz)3]n (Ln = Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho) with isolated metal chains: synthesis, structure, luminescence and magnetic properties European Journal of Inorganic Chemistry, 22, 2017, 2892–2904 (год публикации - 2017) https://doi.org/10.1002/ejic.201700089

3. Кокунов Ю.В., Ковалев В.В., Кискин М.А., Бородкин С.А., Попов Л.Д., Еременко И.Л. Биядерный циклический комплекс серебра(I) с анионом 4-[(2 дифенилфосфанилфенил)метиленамино]бензойной кислоты: синтез, структура и оптические свойства Координационная химия, - (год публикации - 2018)

4. Михалёва Е.А., Яковенко А.В., Зеллер М., Гавриленко К.С., Кискин М.А., Смола С.С., Доценко В.П., Еременко И.Л., Эддисон А.В., Павлищук В.В. Crystal structures and intense luminescence of tris( 3-(2'-pyridyl)-pyrazolyl)borate Tb3+ and Eu3+ complexes with carboxylate co-ligands Dalton Transactions, 46, 3457-3469 (год публикации - 2017) https://doi.org/10.1039/C6DT04757B


Аннотация результатов, полученных в 2018 году
Изучение влияния стерически нагруженных лигандов (2-этинилпиридин, 3-фенилпиридин) на фотофизические свойства соединений на основе фрагментов {Zn2Ln(O2CR)6(NO3)}, показали, что они характеризуются очень слабым антенным эффектом. В спектрах их эмиссии присутствуют широкие полосы, связанные с электронными переходами в лигандах. Квантовый выход комплекса европия(III) с 2-этинилпиридом составляет 4%, что существенно ниже обнаруженного ранее для Zn2Eu-комплекса с 2-фенилпиридином (40%). Для комплексов [Zn2Ln(OH)(NO3)2(Piv)4(phen)2] (Ln = Eu, Gd, Tb; phen = 1,10-фенантролин) получена серия сокристаллизатов ({GdxTb(1–x)}, {GdxEu(1–x)} и {TbxEu(1–x)}) и показано, что разбавление европий- и тербийсодержащих соединений приводит к увеличение квантовых выходов до 19% (в сравнении с 6% для Zn2Eu) и 34% (в сравнении с 26% для Zn2Tb), соответственно, в результате повышении эффективности внутрисистемного переноса энергии возбуждения в супрамолекулярном ансамбле. Получены трехъядерные комплексы [Zn2Ln(OH)(Piv)4(NO3)2(pyzphen)2] (Ln = Eu, Gd или Tb, pyzphen = пиразино[2,3-f][1,10]фенантролин) с треугольным строением металлоостова, в кристаллах которых молекулы комплекса за счет внутри- и межмолекулярных стекинг взаимодействий формируют супрамолекулярную цепочку. Энергия триплетного состояния d-блока Zn(pyzphen) в составе комплекса составляет 22200 см-1, что ниже чем у блока Zn(phen) (22800 см-1). В результате комплексы с ионами европия(III) и тербия(III) проявляют металл-центрированную люминесценцию, но с низкими квантовыми выходами (<1%) для обоих соединений, которые могут быть вызваны слабой сенсибилизацией ионов лантанидов ароматическим лигандом pyzphen. Получены комплексы [Zn2Ln(NO3)(4-phbz)6(Py)2] (Ln = Tb, Gd; Py = пиридин) и [Zn2Ln(NO3)(4-phbz)6(bpy)2] (Ln = Tb, Gd, Eu; bpy = 2,2’-бипиридин) с анионами 4-бифенилкарбоновой кислоты (4-phbzH). Энергия триплетного уровня d-блока в составе комплекса [Zn2Gd(NO3)(4-phbz)6(Py)2] составляет 22700 см–1, что несколько выше, чем энергия триплетного уровня 4-фенилбензоат аниона в составе ранее выделенного полимера [Gd(4-phbz)3]n (22500 см-1). Комплекс [Zn2Eu(NO3)(4-phbz)6(Py)2] показывает относительную среднюю эффективность сенсибилизации (η = 54%) с квантовым выходом около 40% (при λex = 340 нм) и временем жизни τ = 1830 мкс. Квантовый выход для комплекса [Zn2Tb(NO3)(4-phbz)6(Py)2] ниже, чем для аналогичного комплекса европия, [Zn2Eu(NO3)(4-phbz)6(Py)2], и составляет 12% (при λex = 340 нм), а время жизни люминесценции 5D4 возбужденного состояния равно τ = 1460 мкс. Более значимые значения квантовых выходов наблюдаются для гетерометаллических комплексов с bpy. Комплекс [Zn2Eu(NO3)(4-phbz)6(bpy)2] показывает относительную высокую эффективность сенсибилизации (η = 77%) с последующим общим квантовым выходом около 62% и временем жизни τ = 1540 мкс. Квантовый выход для комплекса [Zn2Tb(NO3)(4-phbz)6(bpy)2] составляет 22%, время жизни τ = 1040 мкс. По результатам исследований процессов переноса энергии в комплексах трёхвалентных ионов лантаноидов с 2-фуранкарбоновой кислотой [Ln2(NO3)2(fur)4(DME)2] (Ln = Eu, Gd, Tb; DME = диметоксиэтан) и [M2Ln2(NO3)2(fur)8(bpy)2] (M = Zn, Cd; Ln = Sm, Eu, Gd, Tb) продемонстрировано, что высокие квантовые выходы достигаются у комплексов европия и тербия (46% и 33% соответственно), включающих Cd-блок, в то время как ион самария(III) лучше возбуждается в составе комплекса цинком. Эффективность переноса энергии от аниона 2-фуранкарбоновой кислоты к иону европия(III) в комплексе без d-элементов составляет 4%. Таким образом, координация иона лантаноида d-блоком приводит к увеличению эффективности люминесценции комплекса в целом. Основные пути диссипации энергии связаны с возникновением LLCT состояний, что было подтверждено спектральным методом. Получена серия молекулярных моноядерных комплексов лантанидов (Gd, Tb, Ho, Er и Yb) с хелатирующим анионным лигандом N-((пиридин-2-ил)метилен)пиридин-4-карбогидразидом) (HL). Из числа исследованных соединений комплекс [Yb(L)(H2O)(MeOH)(NO3)2] является представителем класса моноионных магнитов (SIM) c эффективым барьером перемагничивания равным 26 K (1 кЭ) и временем релаксация 2.2·10-7 с. Изучена серия гетерометаллических соединений на основе ионов ванадия(IV) и лантанидов(III) и дианиона циклобутан-1,1-дикарбоновой кислоты, в которых наличие щелочного металла (Na, K, Rb, Cs) может влиять на магнитные свойства соединений в качестве структуроопределяющего фрагмента. Показано, что между ионами V(IV) и Gd(III) реализуются спин-спиновые ферромагнитные обменные взаимодействия. Для Yb(III)-V(IV) комплекса без щелочного металла эффективный барьер перемагничивания составляет 26 K, τ0 = 4.8·10-7 с. Введение в состав соединений ионов натрия приводит к структурным перестройкам в кристаллической упаковке, которые приводят к увеличению эффективного барьера перемагничивания до 56 K (τ0 = 1.4·10-8 с). С ионами диспрозия(III) для комплекса без ионов щелочного металла эффект перехода в намагниченное состояние не наблюдался, но в новом соединений Na-Dy(III)-V(IV) величина эффективного барьера перемагничивания ΔEeff/kB = 48 K при времени релаксации τ0 = 4.0·10-8 с. Все полученные соединения охарактеризованы комплексом методов (элементный анализ, рентгенофазовый анализа, ИК-спектроскопия и др.), их структура определена методом рентгеноструктурного анализа выполненном на монокристаллах комплексов. По результатам выполненной в 2018 работы было опубликовано 5 статей в российских и зарубежных журналах: European Journal of Inorganic Chemistry, Inorganica Chimica Acta, Polyhedron, Chemistry – An Asian Journal. Результаты работы были представлены стендовыми и устными докладами на профильных российских и зарубежных конференциях.

 

Публикации

1. Бажина Е.С., Александров Г.Г., Кискин М.А., Корлюков А.А., Ефимов Н.Н., Богомяков А.С., Старикова А.А., Миронов В.С., Уголкова Е.А., Минин В.В., Сидоров А.А., Еременко И.Л. The first series of heterometallic LnIII-VIV complexes based on substituted malonic acid anions: synthesis, structure and magnetic properties European Journal of Inorganic Chemistry, - (год публикации - 2018) https://doi.org/10.1002/ejic.201801034

2. Бажина Е.С., Бовкунова А.А., Медведько А.В., Вараксина Е.А., Тайдаков И.В., Ефимов Н.Н., Кискин М.А., Еременко И.Л. Lanthanide(III) (Eu, Gd, Tb, Dy) Complexes Derived from 4-(Pyridin-2-yl)methyleneamino-1,2,4-triazole: Crystal Structure, Magnetic Properties, and Photoluminescence Chemistry – An Asian Journal, 13, 2060–2068 (год публикации - 2018) https://doi.org/10.1002/asia.201800511

3. Кираев С.Р., Николаевский С.А., Кискин М.А., Ананьев И.В., Вараксина Е.А., Тайдаков И.В., Александров Г.Г., Головешкин А.С., Сидоров А.А., Лысенко К.А., Еременко И.Л. Synthesis, structure and photoluminescence properties of {Zn2Ln2} heterometallic complexes with anions of 1-naphthylacetic acid and N-donor heterocyclic ligands Inorganica Chimica Acta, 477, 15–23 (год публикации - 2018) https://doi.org/10.1016/j.ica.2018.02.011

4. Кискин М.А., Вараксина Е.А., Тайдаков И.В., Еременко И.Л. Synthesis, structure and luminescence of {Zn2Ln(OH)} (Ln=Eu, Gd, Tb) complexes with a triangular metal core Inorganica Chimica Acta, 482, 85–89 (год публикации - 2018) https://doi.org/10.1016/j.ica.2018.05.037

5. Николаевский С.А., Евстифеев И.С., Кискин М.А., Старикова А.А., Головешкин А.С., Новиков В.В., Гоголева Н.В., Сидоров А.А., Еременко И.Л. Coordination capabilities of metal ions and steric features of organic ligands affecting formation of mono- or binuclear zinc(II) and cadmium (II) pivalates Polyhedron, 152, 61-72 (год публикации - 2018) https://doi.org/10.1016/j.poly.2018.06.021

6. Бажина Е.С., Александров Г.Г., Кискин М.А., Корлюков А.А., Ефимов Н.Н., Сидоров А.А., Еременко И.Л. First heterometallic Ln(III)‐V(IV) substituted malonates: structure features and magnetic properties Тезисы докладов. Всероссийский кластер конференций по неорганической химии «InorgChem 2018», 40-41 (год публикации - 2018)

7. Бажина Е.С., Александров Г.Г., Кискин М.А., Корлюков А.А., Сидоров А.А., Еременко И.Л. Influence of lanthanide Ln(III) and alkali metal M(I) ion nature on crystal structure of heterometallic substituted malonates M(I)-Ln(III)-V(IV) Book of abstracts, International Conference on Coordination Chemistry, 2018, Sendai, Japan, - (год публикации - 2018)

8. Бажина Е.С., Кискин М.А., Александров Г.Г., Корлюков А.А., Сидоров А.А., Ерёменко И.Л. Влияние природы редкоземельного Ln(III) и щелочного металла M(I) на строение гетерометаллических соединений, формирующихся в системе M(I)-Ln(III)-V(IV) с анионами циклобутан-1,1-дикарбоновой кислоты Тезисы докладов. VIII Конференция молодых учёных по общей и неорганической химии, Москва, 2018, 14-15 (год публикации - 2018)

9. Бовкунова А.А.,Бажина Е.С., Медведько А.В., Русинов Г.Л., Корлюков А.А., Вараксина Е.А., Тайдаков И.В., Ефимов Н.Н., Ефимов Н.Н., Кискин М.А., Сидоров А.А. Еременко И.Л. New 3d‐ and 4f‐metal complexes with 1,2,4‐triazole and 1,2,4,5‐tetrazine derivatives Тезисы докладов. Всероссийский кластер конференций по неорганической химии «InorgChem 2018», 242-243 (год публикации - 2018)

10. Кираев С.Р., Николаевский С.А., Ананьев И.В., Вараксина Е.А., Тайдаков И.В., Сидоров А.А., Кискин М.А., Ерёменко И.Л. СИНТЕЗ, СТРОЕНИЕ И ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ СВОЙСТВА 4f- И 3d-4f-КОМПЛЕКСОВ НА ОСНОВЕ АНИОНА 2-ФУРАНКАРБОНОВОЙ КИСЛОТЫ Тезисы докладов. VIII Конференция молодых учёных по общей и неорганической химии, Москва, 2018, 46-47 (год публикации - 2018)

11. Кискин М.А. New SBUs for MOFs Book of abstracts. Post-ICCC2018 Conference, Fukuoka, Japan, August 5-7, L-3 (год публикации - 2018)

12. Кискин М.А., Тюкачева Е.А., Бовкунова А.А., Вараксина Е.А., Бажина Е.С., Зорина Тихонова Е.Н., Ефимов Н.Н., Еременко И.Л. Моноядерные комплексы лантанидов с основаниями Шиффа Тезисы докладов. IX Национальная кристаллохимическая конференция, Суздаль, 4-8 июня 2018, 58 (год публикации - 2018)

13. Кискин М.А., Тюкачева Е.А., Зорина-Тихонова Е.Н., Ефимов Н.Н., Еременко И.Л. Structural diversity of molecular complexes of 4f-metals with Schiff base Book of sbstracts. The 16th International Conference on Molecule-based Magnets (ICMM2018), Rio de Janeiro, Brazil, September 1-5, B09 (год публикации - 2018)

14. Кискин М.А., Шмелев М.А., Бажина Е.С., Николаевский С.А., Колотилов С.В., Сидоров А.А., Еременко И.Л. Some features of d-4f complexes Тезисы докладов. Всероссийский кластер конференций по неорганической химии «InorgChem 2018», 47-48 (год публикации - 2018)

15. Макаров Д.А., Шмелев М.А., Сидоров А.А., Кискин М.А., Нелюбина Ю.В., Вараксина E.A., Тайдаков И.В., Ерёменко И.Л. СИНТЕЗ ГЕТЕРОМЕТАЛЛИЧЕСКИХ (CdII-LnIII) КОМПЛЕКСОВ С АНИОНАМИ МОНОКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ С РАЗЛИЧНЫМИ N-ДОНОРНЫМИ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИМИ ЛИГАНДАМИ Тезисы докладов. VIII Конференция молодых учёных по общей и неорганической химии, Москва, 2018, 139-140 (год публикации - 2018)

16. Макаров Д.А., Шмелев М.А., Сидоров А.А., Кискин М.А., Нелюбина Ю.В., Вараксина E.A., Тайдаков И.В., Ерёменко И.Л. Lanthanide(III)‐Cadmium(II) heterometal complexes with anions of aromatic and alifatic monocarboxylic acids: synthesis, structure and properties Тезисы докладов. Всероссийский кластер конференций по неорганической химии «InorgChem 2018», 291-292 (год публикации - 2018)

17. Мельников С.Н., Николаевский С.А., Ананьев И.В., Кискин М.А., Ерёменко И.Л. СИНТЕЗ И СТРОЕНИЕ ГЕТЕРОМЕТАЛЛИЧЕСКИХ 3d-4f КОМПЛЕКСОВ С АНИОНОМ 4-БИФЕНИЛКАРБОНОВОЙ КИСЛОТЫ Тезисы докладов. VIII Конференция молодых учёных по общей и неорганической химии, Москва, 2018, 147-148 (год публикации - 2018)

18. Тюкачева Е.А., Зорина Тихонова Е.Н., Кискин М.А., Ефимов Н.Н., Еременко И.Л. Single molecule magnets of Dy and Tb with Schiff base ligand Тезисы докладов. Всероссийский кластер конференций по неорганической химии «InorgChem 2018», 279-280 (год публикации - 2018)

19. Тюкачева Е.А., Зорина-Тихонова Е.Н., Кискин М.А., Ефимов Н.Н., Ерёменко И.Л. КООРДИНАЦИОННЫЕ СОЕДИНЕНИЯ DyIII И TbIII С N-((ПИРИДИН-2-ИЛ)МЕТИЛЕН)ПИРИДИН-4-КАРБОГИДРАЗИДОМ Тезисы докладов. VIII Конференция молодых учёных по общей и неорганической химии, Москва, 2018, 186-187 (год публикации - 2018)

20. Шмелев М.А., Гоголева Н.В., Сидоров А.А., Кискин М.А., Нелюбина Ю.В., Долгушин Ф.М., Вараксина E.A., Тайдаков И.В., Ерёменко И.Л. Synthesis, structure and properties of {Cd(II)‐Ln(III)} and {Cd(II)‐Li(I)} complexes with anions of monocarboxylic acids Тезисы докладов. Всероссийский кластер конференций по неорганической химии «InorgChem 2018», 272-273 (год публикации - 2018)

21. Шмелев М.А., Макаров Д.А., Сидоров А.А., Кискин М.А., Долгушин Ф.М., Вараксина E.A., Тайдаков И.В., Ерёменко И.Л. СИНТЕЗ, СТРОЕНИЕ И ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ СВОЙСТВА {Cd(II)-Ln(III)} КОМПЛЕКСОВ С АНИОНАМИ МОНОКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ И N-ДОНОРНЫМИ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИМИ ЛИГАНДАМИ Тезисы докладов. VIII Конференция молодых учёных по общей и неорганической химии, Москва, 2018, 94-95 (год публикации - 2018)


Возможность практического использования результатов
не указано