Шесть молодых ученых НИОХ СО РАН признаны победителями Конкурса на получение грантов РНФ «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов в 2024 году.
Представляем проект 24-73-00367 «Синтез и исследование фотофизических свойств новых 1,2,5-халькогенадиазолов с тяжелыми халькогенами» научного сотрудника Лаборатории гетероциклических соединений НИОХ СО РАН, к.х.н. Екатерины Алексеевны Радюш.
«Одна из проблем развития мировой энергетики - использование металлов для создания люминесцентных источников света, светодиодов. Это, прежде всего, галлий, индий, никель, кадмий и другие. Но их сложно добывать и обрабатывать, они достаточно дороги, и, к тому же, как и все полезные ископаемые, имеют свой ограниченный ресурс. Альтернативой могут стать источники света на основе органических соединений. Их основу составляет углерод, которого на планете много, а органические соединения достаточно легко синтезировать, - рассказывает Екатерина Радюш.
В Лаборатории гетероциклических соединений НИОХ давно занимаются синтезом перспективных материалов для области органической электроники. Проект, на который мной получен грант Российского научного фонда, позволяет развивать новое направление исследований:
разработка подходов к дизайну и синтезу новых органических люминесцентных/фосфоресцентных материалов на основе производных 1,2,5-халькогенадиазолов – халькоген-азотных гетероциклов, включающих серу, селен или теллур. При этом серосодержащие гетероциклы из указанного набора классов гетероциклических соединений – тиадиазолы, в особенности бензотиадиазолы, уже достаточно широко применяются для разработки новых материалов в органической электронике благодаря выигрышному набору свойств: ярко выраженному акцепторному характеру и оптическим характеристикам, эффективному поглощению света и в ряде случаев люминесценции/фосфоресценции. Селенадиазолы только недавно начали входить в набор строительных блоков при разработке таких материалов, а вот теллурадиазолы в данном контексте не изучены вовсе.
В рамках данного проекта упор делается именно на тяжелые халькогены – селен и теллур, поскольку введение тяжелого атома может положительным образом сказываться на функциональных свойствах веществ, например положении полос эмиссии, т.е. цвете излучаемого в результателюминесценции света, квантовом выходе, т.е. эффективности преобразования энергии, а также приводить к возникновению фосфоресценции. При этом нет однозначного понимания того, как именно эффект тяжелого атома повлияет на свойства: в литературе известны примеры как положительного эффекта за счет реализации различных механизмов излучения, таких как агрегационно-индуцированная эмиссия, фосфоресценция и т.д., так и негативного эффекта, например, снижения квантового выхода люминесценции. Поэтому вопрос о влиянии тяжелого атома является ключевым для данного проекта. Кроме того, при всем обилии работ, с точки зрения классов используемых веществ, химическое разнообразие в данной области не так велико, поэтому ещё один потенциальный подход к новым материалам, рассматриваемый в данном проекте, заключается в применении полигалогенированных бензохалькогенадиазолов в качестве люминофоров, поскольку данный класс объектов в таком контексте ранее не рассматривался. Таким образом, результатом реализации проекта станет синтез серии ранее неизвестных гетероциклических соединений, потенциально обладающих практически важными свойствами, а также детальное изучение фотофизических свойств новых и ранее известных, но неизученных в обозначенном контексте, соединений.
С фундаментальной точки зрения полученные результаты помогут лучше понять взаимосвязь между строением молекул выбранных классов соединений с их свойствами. С практической точки зрения полученные результаты позволят оценить перспективы применения данных соединений при переходе от веществ к материалам, и в более широком смысле позволят сформулировать новые принципы дизайна до сих пор не известных соединений с полезными для органического материаловедения свойствами. Теллур и селен достаточно широко распространены, их получение является побочным процессом получения металлов и вероятность создания на их основе новых световых элементов достаточно высока.
Для меня эта работа интересна тем, что она не ограничена органикой, хотя ведется в Институте органической химии. Мы занимаемся химией твердого тела, физической химией, неорганическими соединениями, то есть ведем исследования на стыке целого ряда наук. Работать в одном направлении сейчас очень сложно, потому что наука постоянно развивается, приходится постоянно развивать свой кругозор. Я рассматриваю это как вызов, для решения которого мне необходимо приложить все свои силы. И это – настоящий азарт: сделать первым то, что никому не удавалось раньше.
У меня есть пример научного подвига, который меня вдохновляет. Японский ученый Сюдзи Накамура долгие годы занимался разработкой так называемого «синего светодиода». Светодиоды красного, зелёного и синего цветов позволяют синтезировать всё видимое излучение, включая белый свет. Но при этом именно синий светодиод отличается от первых двух сложностью конструкции. У Накамура были проблемы в корпорации, в которой он работал, в его работу никто не верил, ему сокращали финансирование, и он буквально баррикадировал свою лабораторию, чтобы продолжать исследования. В конце концов, он создал «синий светодиод», благодаря чему появились светодиодные экраны и масса других современных устройств. Накамура даже стал лауреатом Нобелевской премии. Но главным для него было не признание, а именно достижение научного результата, на который он потратил почти двадцать лет. У него была идея, мечта, и он сумел ее достичь, воплотить в осязаемые формы.
Именно возможность пройти весь путь от идеи до создания готового продукта, изделия, привлекает меня в науке. Когда горят глаза, когда есть, пусть приблизительное, но понимание того, как можно достичь результата, и при этом ты знаешь, что твое открытие может пусть немного, но изменить целую отрасль, повлиять на развитие всего человечества – появляется огромное желание работать и достигнуть своей цели».
