Исследователи кафедры неорганической и физической химии ТюмГУ предложили новый способ синтеза порошков твердых растворов оксисульфидов редкоземельных элементов.

Ученые кафедры неорганической и физической химии ТюмГУ Елена Сальникова, Олег Андреев и Юрий Денисенко предложили новый способ синтеза порошков твердых растворов оксисульфидов редкоземельных элементов.

Описание оптических свойств синтезированных соединений выполнили коллеги из Санкт-Петербургского государственного университета, Института физики имени Л. В. Киренского и Лаппеенрантского технологического университета (Финляндия). Работа опубликована в Journal of Solid State Chemistry.

Пристальному вниманию со стороны исследователей данные соединения обязаны оптическим свойствам. Твердые растворы оксисульфидов редкоземельных элементов обладают люминесцентными свойствами, а потому нередко рассматриваются в качестве потенциальных лазерных материалов. Практическое применение оксисульфидов редкоземельных элементов ограничивается трудностями, связанными с их синтезом. Классические методы синтеза весьма трудоемкие, а полученные соединения не всегда соответствуют требованиям, предъявляемым к лазерным материалам.

Ключевая особенность предложенного метода синтеза – использование оксидов редкоземельных элементов в качестве прекурсора. Для получения требуемого соединения авторы готовят водный раствор нитратов, который содержит все необходимые компоненты, а затем, путем соосаждения, переводят в твердый раствор сульфатов редкоземельных элементов. После химической гомогенизации, в ходе которой в реакционную смесь вводят ионы лантаноидов – церия, европия, диспрозия и эрбия, полученные соединения восстанавливают в атмосфере водорода и сульфидируют в атмосфере H₂S.

Кристаллическая структура оксисульфида лантана (La₂O₂S) / ©Пресс-служба ТюмГУ

Авторы сообщают, что кристаллическая структура синтезированных соединений имеет тригональную симметрию. Локальное микроокружение лантана и иттрия представлено многогранником с семью вершинами, четыре из которых занимают атомы кислорода, и еще три – атомы серы. Один атом иттрия или лантана в кристаллической решетке находится в неэквивалентном положении.

Стоит сказать, что люминесценция, или эмиссия света, для каждого соединения уникальна. Длина волны излучения, требуемого для возникновения люминесценции (длина волны возбуждения), может варьировать в весьма широких пределах. Ровно как длина волны эмиссии, которая определяет цвет люминесценции. Так, доминирующая длина волны эмиссии для активированных европием оксисульфида иттрия и оксисульфида лантана будет равна 545 и 623 нанометра соответственно. Цвет люминесценции в первом случае будет зеленым, а во втором – оранжевым.

Однако, люминесцирующие свойства зависят не только от иона-активатора, но и от структуры оксисульфида. Исследователи выявили различия в геометрии центра люминесценции в молекулах оксисульфидов иттрия и лантана, активированных европием. Авторы отмечают, что предложенный метод синтеза оксисульфидов может быть использован в производстве оптических материалов, поскольку отличается технологичностью, воспроизводимостью и способностью производить несколько десятков граммов продукта одновременно.

«В данный момент планируется публикация двух статей. Одна является продолжением нынешнего исследования, а вторая, совместно с сотрудниками Республики Бенин, будет посвящена использованию порошковых люминофоров в качестве биомаркеров злокачественных новообразований», – пояснила доцент кафедры неорганической и физической химии ТюмГУ Елена Сальникова.