Комплексы европия(III) с β-дикетонами и основаниями Льюиса являются хорошо известными молекулярными люминесцентными материалами для оптоэлектроники, лазерных технологий и сенсорных устройств. Они характеризуются узкими полосами излучения и длительными временами жизни возбужденных состояний. Ключевую роль во внутримолекулярном переносе энергии возбуждения от лиганда к иону европия(III) и, как следствие, в интенсивности люминесценции в данных соединениях играет строение хромофорного лиганда. В данной работе методами квантово-химического моделирования было проведено изучение влияния строения ряда производных 1H-имидазо[4,5-f][1,10]фенантролина на параметры интенсивности люминесценции комплексов европия(III). Оптимизация молекулярной геометрии комплексов была выполнена посредством полуэмпирических методов, дополнительно проведены расчёты энергий триплетных возбуждённых состояний, что дало возможность оценить вероятности переноса энергии от лигандов к иону европия(III). Для каждого комплекса были определены спектроскопические характеристики согласно теории Джадда-Офельта, включая параметры интенсивности люминесцентного излучения, скорости переноса энергии и расчётные значения квантового выхода. Проведён сравнительный анализ указанных параметров для комплексов различного строения, различающихся природой заместителей, их количеством и положением в 1H-имидазо[4,5-f][1,10]фенантролине, установлены количественные корреляции между строением лигандов и интенсивностью люминесценции, подобраны перспективные для синтеза соединения с эффективными люминесцентными свойствами. Адекватность выбранных вычислительных подходов и данные моделирования были подтверждены доступными экспериментальными величинами. Таким образом, была продемонстрирована эффективность квантово-химического моделирования как инструмента направленного молекулярного дизайна органических лигандов, позволяющего прогнозировать и целенаправленно усиливать люминесцентные характеристики комплексов редкоземельных элементов до стадии их экспериментального получения.
Europium(III) complexes with β-diketones and Lewis bases are well-known molecular luminescent materials for optoelectronics, laser technologies, and sensor devices. They are characterized by narrow emission bands and long lifetimes of excited states. The molecular structure of the chromophoric ligand is a critical determinant for the efficiency of intramolecular excitation energy transfer to the europium(III) ion, thereby directly governing the resultant luminescence intensity of these complexes. In this article, quantum-chemical simulation methods were used to study the influence of the structure of some 1H-imidazo[4,5-f][1,10]phenanthroline derivatives on the luminescence intensity parameters of europium(III) complexes. Optimization of the molecular geometry of the complexes was performed using semiempirical methods. Additionally, calculations of the energies of triplet excited states were performed, which made it possible to estimate the probabilities of energy transfer from the ligands to the europium(III) ion. For each complex, spectroscopic characteristics were determined according to the Judd-Ofelt theory, including the parameters of luminescence intensity, energy transfer rates, and quantum yields. A comparative analysis of these parameters was carried out for complexes of various structures, differing in the nature of the substituents, their number, and the position in the 1H-imidazo[4,5-f][1,10]phenanthroline. Quantitative correlations between the structure of the ligands and the luminescence intensity were established, and promising compounds with effective luminescent properties were selected for the synthesis. The adequacy of the selected computational approaches and simulation data were confirmed by available experimental values. Thus, the effectiveness of quantum-chemical simulation as a tool for the directed molecular design of organic ligands was demonstrated, allowing for the prediction and targeted enhancement of the luminescent characteristics complexes of the rare earths before their experimental production.