Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk

Instytut Chemii Fizycznej
Polskiej Akademii Nauk
adres:
tel.:
fax/tel.:
email:
WWW:
ul. Kasprzaka 44/52
01-224 Warszawa
+48 22 3432000
+48 22 3433333, 6325276
[email protected]
http://www.ichf.edu.pl/
Warszawa, 6 lipca 2011
Czerwone światło z węglowych nanorurek
Nanorurki węglowe zazwyczaj wyglądają jak czarny proszek. Trudno je zmusić
do emitowania światła, bo doskonale przewodzą prąd i wychwytują energię innych,
zdolnych do świecenia cząsteczek chemicznych, umieszczanych w ich pobliżu.
Przy udziale Instytutu Chemii Fizycznej PAN w Warszawie udało się opracować
stosunkowo prostą metodę, dzięki której pod wpływem światła ultrafioletowego
nanorurki świecą na czerwono.
Naukowcy działający w ramach międzynarodowego projektu FINELUMEN, koordynowanego przez
dr Nicolę Armarolego z Istituto per la Sintesi Organica e la Fotoreattivita, Consiglio Nazionale delle
Ricerche (CNR-ISOF) w Bolonii, opracowali efektywną metodę wytwarzania nowego materiału
fotonicznego: nanorurek węglowych pokrytych kompleksami związków zdolnych do świecenia w
czerwieni. „Uczestniczymy w projekcie jako grupa specjalizująca się w badaniach związków
lantanowców. Postanowiliśmy połączyć ich znakomite własności emisyjne z doskonałymi cechami
mechanicznymi i elektrycznymi nanorurek”, mówi prof. dr hab. Marek Pietraszkiewicz z
warszawskiego Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (IChF PAN).
Nanorurki węglowe można sobie wyobrażać jako zwinięte w rulon płachty grafitu. Powierzchnia
boczna każdej nanorurki jest stosunkowo duża i pozwala na doczepienie wielu innych cząsteczek,
w tym takich, które mogą świecić. „Przyłączanie świecących kompleksów bezpośrednio do
nanorurki nie jest jednak korzystne, bo ta, jako czarny absorber, w wysokim stopniu tłumiłaby
luminescencję”, tłumaczy doktorantka Valentina Utochnikova z IChF PAN. Aby zredukować
niepożądany efekt absorpcji światła, nanorurki najpierw poddaje się reakcji termicznej zachodzącej
w temperaturze 140-160 oC w roztworze cieczy jonowej modyfikowanej grupą azydkową. W wyniku
reakcji nanorurki pokrywają się cząsteczkami pełniącymi rolę kotwic-łączników. Kotwice z jednej
strony przyczepiają się do powierzchni nanorurki, z drugiej mogą przyłączać cząsteczki potrafiące
emitować światło widzialne. Swobodny koniec każdego łącznika ma ładunek dodatni.
Tak przygotowane nanorurki zostają przeniesione do innego roztworu, zawierającego ujemnie
naładowany kompleks lantanowcowy – tetrakis-(4,4,4-trifluoro-1-(2-naftylo-1,3-butanodionian)
europu. „Związki lantanowcowe, czyli zawierające pierwiastki z VI grupy układu okresowego, są
bardzo atrakcyjne dla fotoniki, ponieważ charakteryzują się wysoką kwantową efektywnością
świecenia oraz dużą czystością koloru emitowanego światła”, podkreśla Utochnikova.
Po rozpuszczeniu w roztworze, ujemnie naładowane kompleksy europu dzięki oddziaływaniu
elektrostatycznemu są samoistnie wyłapywane przez dodatnio naładowane swobodne końcówki
kotwic na nanorurkach. W wyniku procesu każda nanorurka zostaje trwale otoczona cząsteczkami
zdolnymi emitować światło widzialne. Gdy reakcja dobiegnie końca, zmodyfikowane nanorurki
poddaje się płukaniu i suszeniu. Ostatecznym produktem jest czarny jak sadza proszek. Wystarczy
go jednak wystawić na promieniowanie ultrafioletowe, aby zakotwiczone na nanorurkach
kompleksy lantanowcowe zaczęły świecić na czerwono.
Koncepcję modyfikacji nanorurek i substraty – ciecz jonową oraz kompleks lantanowcowy do
pokrywania nanorurek węglowych – opracował zespół prof. Pietraszkiewicza w IChF PAN,
natomiast modyfikacje nanorurek i badania spektralne wykonały zespoły badawcze z Uniwersytetu
Namur w Belgii i Instytutu CNR-ISOF z Bolonii. Co istotne, reakcje chemiczne prowadzące do
powstania nowych świecących nanorurek okazały się znacznie prostsze w realizacji od
stosowanych dotychczas.
Otrzymany materiał fotoniczny może być używany m.in. do detekcji cząsteczek, w tym o
charakterze biologicznym. Identyfikacja następowałaby poprzez analizowanie zmian świecenia
nanorurek po osadzeniu się na nich cząsteczek badanych substancji. Dobre przewodnictwo
elektryczne w połączeniu z możliwością wydajnego świecenia czynią nowe nanorurki atrakcyjnym
materiałem także dla technologii bazujących na organicznych diodach elektroluminescencyjnych
OLED.
Międzynarodowy projekt FINELUMEN funkcjonuje w ramach akcji kształcenia początkowego
naukowców Marie Curie Initial Training Networks, działającej w 7. Programie Ramowym Unii
Europejskiej.
Zagadnienia dotyczące nowych materiałów fotonicznych, w tym świecących nanorurek, były
jednym z tematów niedawno zakończonych dwóch Szkół Letnich, organizowanych przez Instytut
Chemii Fizycznej PAN i Fundację Polskiej Sieci Chemii Supramolekularnej: Międzynarodowej
Szkoły Letniej „FINELUMEN” w Łochowie (http://fiss2011.pl/) oraz VIII Międzynarodowej Szkoły
Letniej w Krutyni (http://ikss2011.pl/). Szkoła w Krutyni dotyczyła zaawansowanych technologii
fotowoltaicznych, a jej trzecim współorganizatorem był Uniwersytet w Edynburgu.
Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (http://www.ichf.edu.pl/) został powołany w 1955 roku jako jeden z pierwszych
instytutów chemicznych PAN. Profil naukowy Instytutu jest silnie powiązany z najnowszymi światowymi kierunkami rozwoju chemii
fizycznej i fizyki chemicznej. Badania naukowe są prowadzone w 9 zakładach naukowych. Działający w ramach Instytutu Zakład
Doświadczalny CHEMIPAN wdraża, produkuje i komercjalizuje specjalistyczne związki chemiczne do zastosowań m.in. w rolnictwie
i farmacji. Instytut publikuje około 200 oryginalnych prac badawczych rocznie.
KONTAKTY DO NAUKOWCÓW:
prof. dr hab. Marek Pietraszkiewicz
Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk
tel. +48 22 3433416
email: [email protected]
POWIĄZANE STRONY WWW:
http://www.ichf.edu.pl/
Strona Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk.
http://www.ichf.edu.pl/press/
Serwis prasowy Instytutu Chemii Fizycznej PAN.
MATERIAŁY GRAFICZNE:
IChF110706b_fot01s.jpg
HR: http://ichf.edu.pl/press/2011/07/IChF110706b_fot01.jpg
Doktorantka Valentina Utochnikova prezentuje próbkę nanorurek węglowych z kompleksami europu opracowanymi w Instytucie Chemii
Fizycznej PAN w Warszawie. Pod wpływem ultrafioletu proszek emituje światło czerwone. (Źródło: IChF PAN/Grzegorz Krzyżewski)
IChF110706b_fot02s.jpg
HR: http://ichf.edu.pl/press/2011/07/IChF110706b_fot02.jpg
W świetle widzialnym nanorurki węglowe wyglądają zazwyczaj jak czarny proszek (zdjęcie górne). Po pokryciu kompleksami
lantanowców zawierającymi europ, opracowanymi w Instytucie Chemii Fizycznej PAN w Warszawie, proszek oświetlony lampą
ultrafioletową świeci w kolorze czerwonym (zdjęcie dolne). (Źródło: IChF PAN/Grzegorz Krzyżewski)