Авторы
Самойлова А.А. (1),
Пустобаева А.С. (2)
Пустобаева А.С. (2)
Организации
(1) Губернаторский ФМЛ 30
(2) ФТШ
(2) ФТШ
Секция
Доклады юниоров (9-11 класс)
Научный руководитель
Харитонова В.А., Кулакова А.Н.
Текст тезисов
Введение. В последние годы интерес к миниатюрным лазерам растёт из-за разнообразия их возможных применений во всех отраслях экономики и промышленности от повсеместного использования в сканерах, принтерах и датчиках до навигации и космических исследований. Лазерные источники генерируют свет с уникальными и чрезвычайно полезными свойствами, включая высокую интенсивность, направленность, монохроматичность и большую длину когерентности. Существующие лазирующие кристаллы для микро- и нанолазеров обладают низкой химической и фотостабильностью, ограничивающих их практическое применение. С другой стороны, поиск альтернативных твердотельных материалов с высокой стабильностью, низкой стоимостью и широкими возможностями затрудняется отсутствием химических соединений, сочетающих высокую интенсивность и долговечность излучения.
Одним из возможных решений данной научной проблемы, является использование металл-органических каркасов (МОК), гибридных материалов, которые состоят из органических молекул и ионов металлов. Широко известно, что металл-органические каркасы находят применения в различных областях, таких как оптоэлектроника [1], биосенсинг [2], электрокатализ [3,4], таргетная доставка лекарств [5,6] и хранение и разделение газов [7].
Основная часть. Анализ литературы показал, что МОК на основе ионов кадмия являются оптически активными, что стало отправной точной нашего исследования. Для разработки оптически прозрачных и крупных кристаллов была проведена оптимизация параметров синтеза Cd-MOK, а именно, природа лиганда, природа соли, соотношение исходных соединений, использование модуляторов, температурного режима и объема реакционной смеси. Был получен кристалл [Cd2(SDC)]H2O, охарактеризованный физико-химическими методами анализа, такими как сканирующая электронная микроскопия (SEM), энергодисперсионная микроскопия (EDX), порошковая рентгеновская дифракция (PXRD) и рентгеноструктурный анализ (RSA).
Исследование оптических свойств показало, что в кристалле наблюдались нелинейные эффекты, которые могут доказывать возможность генерации лазерного излучения. Вид полученных спектров одинаков для всех образцов и соответствует спонтанному излучению.
Рисунок 1. А) SEM-картинка кристалла, б) структурная картинка кристалла,
в) спектры фотолюминесценции кристалла в зависимости от мощности накачки.
Вывод. Таким образом, в работе мы успешно синтезирован Cd-МОК состава [Cd2(SDC)]H2O с превосходными оптическими характеристиками и стабильностью, что делает его перспективным для создания высокоэффективных микролазеров. Дальнейшие исследования будут направлены на оптимизацию и изучение его поведения для расширения области применения
Литература.
1. Stavila V., Talin A.A., Allendorf M. D. MOF-based electronic and optoelectronic devices // Chemical Society Reviews. – 2014. – Vol. 43,– No. 16. – P. 5994-6010.
2. Stassen I., Burtch N., Talin A.A., Falcaro P., Allendorf M., Ameloot R. An updated roadmap for the integration of metal–organic frameworks with electronic devices and chemical sensors // Chemical Society Reviews. – 2017. – Vol. 46. – P.3185–3241.
3. Lee J.Y., Farha O.K., Roberts J., Scheidt K.A., Nguyena S.T., Hupp J.T. Metal–organic framework materials as catalysts // Chemical Society Reviews. – 2009. – Vol. 38. – P.1450-1459.
4. Zheng W., Tsang C., Lee L., Wong K. Two-dimensional metal-organic framework and covalent-organic framework: synthesis and their energy-related applications // Materials Today Chemistry. – 2019. – Vol .12. – P.34–60.
5. An J., Geib S.J, Rosi N.L. Cation-Triggered Drug Release from a Porous Zinc-Adeninate Metal-Organic Framework // Journal of the American Chemical Society. – 2009. – Vol. 131. – No. 24. – P.8376–8377.
6. Wu M.X., Yang Y.W. Metal-Organic Framework (MOF)-Based Drug/Cargo Delivery and Cancer Therapy // Advanced Materials. – 2017. – Vol. 29. – No. 23. –P.3341-3369.
7. Rosi N.L., Ecket J., Eddaoudi M., Vodak D.T., Kim J., O’Keeffe M., Yaghi O.M. Microporous metal-organic frameworks // Science. – 2003. – No. 300. – P.1127-1129.
Одним из возможных решений данной научной проблемы, является использование металл-органических каркасов (МОК), гибридных материалов, которые состоят из органических молекул и ионов металлов. Широко известно, что металл-органические каркасы находят применения в различных областях, таких как оптоэлектроника [1], биосенсинг [2], электрокатализ [3,4], таргетная доставка лекарств [5,6] и хранение и разделение газов [7].
Основная часть. Анализ литературы показал, что МОК на основе ионов кадмия являются оптически активными, что стало отправной точной нашего исследования. Для разработки оптически прозрачных и крупных кристаллов была проведена оптимизация параметров синтеза Cd-MOK, а именно, природа лиганда, природа соли, соотношение исходных соединений, использование модуляторов, температурного режима и объема реакционной смеси. Был получен кристалл [Cd2(SDC)]H2O, охарактеризованный физико-химическими методами анализа, такими как сканирующая электронная микроскопия (SEM), энергодисперсионная микроскопия (EDX), порошковая рентгеновская дифракция (PXRD) и рентгеноструктурный анализ (RSA).
Исследование оптических свойств показало, что в кристалле наблюдались нелинейные эффекты, которые могут доказывать возможность генерации лазерного излучения. Вид полученных спектров одинаков для всех образцов и соответствует спонтанному излучению.
Рисунок 1. А) SEM-картинка кристалла, б) структурная картинка кристалла,
в) спектры фотолюминесценции кристалла в зависимости от мощности накачки.
Вывод. Таким образом, в работе мы успешно синтезирован Cd-МОК состава [Cd2(SDC)]H2O с превосходными оптическими характеристиками и стабильностью, что делает его перспективным для создания высокоэффективных микролазеров. Дальнейшие исследования будут направлены на оптимизацию и изучение его поведения для расширения области применения
Литература.
1. Stavila V., Talin A.A., Allendorf M. D. MOF-based electronic and optoelectronic devices // Chemical Society Reviews. – 2014. – Vol. 43,– No. 16. – P. 5994-6010.
2. Stassen I., Burtch N., Talin A.A., Falcaro P., Allendorf M., Ameloot R. An updated roadmap for the integration of metal–organic frameworks with electronic devices and chemical sensors // Chemical Society Reviews. – 2017. – Vol. 46. – P.3185–3241.
3. Lee J.Y., Farha O.K., Roberts J., Scheidt K.A., Nguyena S.T., Hupp J.T. Metal–organic framework materials as catalysts // Chemical Society Reviews. – 2009. – Vol. 38. – P.1450-1459.
4. Zheng W., Tsang C., Lee L., Wong K. Two-dimensional metal-organic framework and covalent-organic framework: synthesis and their energy-related applications // Materials Today Chemistry. – 2019. – Vol .12. – P.34–60.
5. An J., Geib S.J, Rosi N.L. Cation-Triggered Drug Release from a Porous Zinc-Adeninate Metal-Organic Framework // Journal of the American Chemical Society. – 2009. – Vol. 131. – No. 24. – P.8376–8377.
6. Wu M.X., Yang Y.W. Metal-Organic Framework (MOF)-Based Drug/Cargo Delivery and Cancer Therapy // Advanced Materials. – 2017. – Vol. 29. – No. 23. –P.3341-3369.
7. Rosi N.L., Ecket J., Eddaoudi M., Vodak D.T., Kim J., O’Keeffe M., Yaghi O.M. Microporous metal-organic frameworks // Science. – 2003. – No. 300. – P.1127-1129.