Русские ученые вывели класс химических соединений редкоземельных элементов

— хлорид лантанида, поэтому его мы назвали псевдосэндвичем», — рассказал Дмитрий Ройтерштейн, один из авторов статьи, руководитель программы «Химия молекулярных систем и материалов» НИУ ВШЭ.

Для синтеза псевдосэндвичей ученые использовали обезвоженные хлориды лантанидов, к которым добавляли тетрагидрофуран. На следующем этапе добавляли доступное органическое соединение — шестичленный цикл с тремя атомами азота и тремя атомами углерода. Получившееся вещество растворяли в органических растворителях и выращивали на его основе кристаллы. Реакции проводили в боксе с инертной атмосферой — герметичной камере без влаги и кислорода, заполненной аргоном.

Ученые продемонстрировали, что метод работает для всего ряда редкоземельных элементов. Они получили 30 новых соединений с различными редкоземельными металлами и для 20 из них установили молекулярную структуру. Полученные кристаллы исследовали с помощью четырех методов. Один из них — рентгеноструктурный анализ, при котором исследуется, как рентгеновские лучи рассеиваются в кристаллической решетке вещества. На основании этих данных ученые рассчитывают расположение атомов и молекул в кристалле. По мнению авторов статьи, у полученных соединений нетипичная планарная тригональная структура фрагмента LnCl3, при которой атомы расположены в одной плоскости и образуют треугольник с металлом в центре.

«Атомы в молекулах соединяются по определенным правилам, и есть множество примеров того, как это устроено, счет идет на десятки тысяч структур. Такого расположения атомов в соединении лантанидов мы ранее не встречали», — рассказала Светлана Дегтярева, студентка факультета химии НИУ ВШЭ

Определив структуру и строение соединений в твердой фазе, ученые исследовали, как они ведут себя в растворе. Растворимость — важное свойство для получения новых материалов в промышленности, поскольку они состоят из нескольких веществ, а смешивать жидкости удобнее. Также нанести раствор на поверхность принципиально проще.

Выяснилось, что полученные вещества хорошо растворимы в органических растворителях и люминесцируют в обоих состояниях, причем гораздо эффективнее, чем ожидали ученые. При этом они хорошо кристаллизуются и имеют постоянный состав

«Мы синтезировали наименее чувствительные к воздуху и самые стабильные соединения из всех, с которыми работали. Полученные соединения перспективно использовать для изготовления материалов, потому что они хорошо растворяются в углеводородах и люминесцируют», — рассказал Даниил Бардонов, студент факультета химии НИУ ВШЭ

Ученые готовят новое исследование в коллаборации с коллегами с химического и физического факультетов МГУ.

«Совместно с коллегами из МГУ мы изучаем, могут ли полученные комплексные соединения редкоземельных элементов стать перспективными молекулярными магнитами. Пока исследование на начальном этапе, но положительные результаты уже есть», — поделилась Анна Афанасьева, студентка факультета химии НИУ ВШЭ.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект 22-13-00312).