Белый свет без платины: новые светодиоды на основе металл-органических соединений

Светодиоды белого цвета — источники света, которые можно использовать для освещения разных мест, например, улиц или экранов телефонов. Они превращают электричество в свет очень хорошо и долго работают. Но сделать такие светодиоды — не просто. Большинство таких светодиодов сделаны из органических молекул, в которые добавляют дорогие и редкие металлы, например, иридий и осмий. Из-за этого светодиоды стоят дорого и их немного.


Но есть другой способ получить белый свет из органических соединений. Группа ученых из России и Италии нашла, что можно использовать более дешевые и обычные металлы, например, скандий, лантан, алюминий и галлий, для создания светящихся соединений с органическими молекулами, которые называются β-дикетоны. Эти молекулы имеют особую форму, в которой две группы с кислородом соединены одним атомом углерода, а еще есть кольца с атомами углерода и азота.

Ученые показали, что такие соединения светятся сине-зеленым цветом, который можно менять, если менять металл в соединении. Они также показали, что эффективность свечения таких соединений в 40 раз больше, чем у чистых β-дикетонов без металла. Это значит, что больше энергии превращается в свет, а не в тепло.

Это открытие дает возможность создать новое поколение светодиодов белого цвета на основе соединений с металлами и органическими молекулами. Такие светодиоды будут более дешевыми и эффективными, чем те, что используют дорогие металлы. Они также будут иметь возможность менять цвет свечения по желанию пользователя.


— руководитель проекта, поддержанного РНФ, Илья Тайдаков, доктор химических наук, руководитель лаборатории «Молекулярная спектроскопия люминесцентных материалов» Отдела спектроскопии ФИАН.

Исследование было проведено сотрудниками Физического института имени П. Н. Лебедева РАН (Москва) в сотрудничестве с коллегами из Италии. Результаты работы были опубликованы в журнале Journal of Materials Chemistry C.

В статье ученые подробно рассказали о том, как они сделали и изучили полученные соединения с помощью разных методов. Они также объяснили, как работают эти соединения и почему они светятся разными цветами. Они выяснили, что для соединений с металлами третьей группы таблицы Менделеева (это скандий, лантан и другие) свечение происходит за счет перехода электронов внутри органической молекулы β-дикетона, а для соединений с металлами тринадцатой группы (это алюминий, галлий и другие) — за счет перехода электронов между металлом и β-дикетоном. Они также отметили, что цвет свечения зависит от того, какие электроны есть у металла, как он соединен с β-дикетоном и как они расположены в пространстве.

Исследователи подчеркнули, что полученные соединения имеют потенциал для применения в светодиодах белого цвета, поскольку они светятся хорошо и имеют широкий спектр излучения. Они также предположили, что можно добиться белого света путем смешивания соединений с разными металлами или путем создания сложных структур с несколькими слоями разных соединений.