Автор AZoNano 9 декабря 2020 г.

Ученые из Токийского технологического института обнаружили, что нанометаллический комплекс тиолата платины, легированный серебром, показывает в 18 раз большую фотолюминесценцию, чем исходный комплекс платины. В своей недавней статье они раскрывают причины этого, увенчивая новый подход к созданию эффективных нетоксичных и биосовместимых соединений для биовизуализации.

Большинство из нас сталкивалось с люминесценцией в той или иной форме, будь то светлячки в ночи или планктоны в океане, или даже светящаяся палка на ярмарке.

Хотя люминесценция сама по себе является прекрасным явлением, она больше привлекает ученых по более конкретным причинам, например, благодаря своей способности заставлять светочувствительные биологические образцы светиться в темноте под микроскопом.

В последнее время нанокластеры металлов – очень маленькие частицы размером в несколько нанометров – привлекли пристальное внимание биохимиков как многообещающие фотолюминесцентные материалы для биоимиджинга, учитывая их удобный размер для проницаемости в различные органы, а не -токсичность и их биосовместимость, в отличие от существующих органических красителей или полупроводниковых наночастиц. Однако существует фундаментальная проблема, препятствующая их широкому использованию: фотолюминесценция чрезвычайно мала и недолговечна.

Группа ученых из Токийского технологического института (Tokyo Tech), Япония, считает, что это могло быть связано с тем, что механизмы, лежащие в основе фотолюминесцентного поведения этих частиц, все еще плохо изучены. В своей последней статье, опубликованной в Angewandte Chemie группа под руководством профессора

Такане Имаока, сообщают об открытии того факта, что добавление серебра к тиолатному комплексу платины увеличивает фотолюминесценцию в 18 раз! Они также разбираются в причинах, изучая атомы комплекса тиолата платины, легированного серебром.

Их рентгеновское кристаллографическое наблюдение структуры показало, что ион серебра находится в центре сложного платинового кольца в форме тиары. Дальнейшее наблюдение показало, что фотолюминесценция при УФ-облучении высока, когда эта структура находится в кристаллической форме (рис. 1) или когда ее раствор в органическом растворителе сильно охлаждают до 77 К или -196,15 ° C. Профессор Имаока задает вопросы, поднятые этими наблюдениями: «Одна из причин увеличения фотолюминесценции состоит в том, что тепловое движение компонентов кольцевой части подавляется в этих условиях.

Но какую роль играет структура и какое отношение имеют граничные молекулярные орбитали к этому увеличению – "

Чтобы выяснить это, команда провела расчеты по теории функционала плотности. Эти расчеты дали им представление о структурах комплекса на основе энергетических состояний и геометрии молекулярных орбиталей – диапазона движения электронов внутри структуры.

Они обнаружили, что при подаче энергии, например, при УФ-облучении, структура поддерживается ионом серебра стабильной, что приводит к хорошей фотолюминесценции; это отличается от одной только кольцевой структуры, которая сильно искажается при возбуждении (рис. 2).

«Это могло быть потому, что размер иона серебра и полость кольца тиолата платины хорошо совпадают, а орбитали хорошо выровнены», – объясняет профессор Имаока. «Любое искажение вызовет энергетически невыгодное отталкивание. Ион серебра действует как шаблон для поддержания высокоупорядоченной структуры тиарообразного комплекса, тем самым значительно усиливая его фосфоресценцию».

Ученые также провели фотофизические исследования, которые дали многообещающие результаты. Легированная серебром структура претерпела гораздо меньший безызлучательный распад, чем нелегированная.

Эти результаты подтверждаются результатами другого исследования комплекса золота, легированного ионами серебра, в форме стержня. «Если существует заметная корреляция между этим исследованием и предыдущими подобными исследованиями, то способность иона серебра стабилизировать незанятые молекулярные орбитали с более низкой энергией в этих структурах может стать новым ключом к созданию фотолюминесцентных металлических нанокластеров.

Детали пограничных молекулярных орбиталей, которые уникальны для каждого кластера, могут быть полезны для предсказания идеальных структур металлических кластеров и, возможно, проливают свет на пути к разработке новых и эффективных кластеров в будущем », Профессор Имаока восхищается своей работой.

В конце концов, кем бы не было, если один атом – это все, что нужно, чтобы что-то изменить …

Источник: https://www.titech.ac.jp/english/