Загрязнение воздуха и воды давно перестало быть абстрактной угрозой: вредные соединения вроде нафталина попадают в окружающую среду из промышленных выбросов и портов, накапливаются в тканях живых организмов и влияют на здоровье человека. В условиях, когда традиционные методы анализа часто требуют сложного оборудования и времени, важность быстрой и точной диагностики загрязнений выходит на первый план. Именно на этом фоне японские ученые из Института технологий Шибаура предложили новую стратегию — цветоизменяющийся кристалл.

Команда разработала органическую молекулу, которую назвали производным пиразинацена. Это соединение обладает двумя ключевыми свойствами: оно включает в себя группы, способные отдавать и принимать электроны, и имеет электронодефицитное центральное кольцо. Такая конструкция позволяет электронам свободно перемещаться внутри молекулы — механизм, известный как внутримолекулярный перенос заряда. В стабильном состоянии кристалл на основе этой молекулы окрашен в зеленовато-синий цвет.

Но как только рядом появляется нафталин, его цвет меняется. Эти два вещества формируют парный кристалл в соотношении один к одному. И тут начинается другой тип электронного движения — межмолекулярный перенос. Электроны начинают перемещаться между молекулами кристалла и нафталина, нарушая прежний баланс и заставляя материал резко сменить окраску на красно-фиолетовую.

Этот сдвиг происходит быстро и отчетливо, позволяя визуально фиксировать даже малые концентрации загрязнителя — как в воздухе, так и в воде. Причем реакция оказывается не просто быстрой, но и строго направленной: когда ученые попытались заменить нафталин его аналогом — октафторнафталином, — цвет кристалла остался прежним.

Еще один важный момент — обратимость процесса. Если нагреть окрашенный кристалл до 180 градусов Цельсия, нафталин улетучивается, а кристалл возвращается к исходному цвету. Этот цикл можно повторять многократно.