PDI(Perylene diimide)와 NDI(Naphthalene diimide) chromophore를 포함하는 새로운 플러렌 dyad ,triad, pentad형태의 전하이동 물질 합성과 특성에 대한 연구

Abstract

실리콘 프탈로시아닌 (Silicon Phthalocyanine ;SiPc) 을 중심으로 위, 아래의 수직방향으로 각각 두개의 NDI {Naphthalene-1,4:5,8-bis(dicarboximide)} 를 공유결합시키고, NDI의 말단 anhydride부분에 fulleropyrrolidine을 결합시킨 pentad구조의 화합물 31을 합성하였으며, 합성된 화합물의 발색단인 프탈로시아닌에서 광유발된 전자들이 NDI를 경유하여 전자받개인 플러렌으로 이동하는 전하분리 (charge-separation) 과정과 분리된 전자의 재결합(charge-recombination) 과정에 대한 광물리적 성질을 연구하였다. 본 그룹에서 최근 발표한 프탈로시아닌을 중심으로 위아래 수직방향에 플러렌이 연결된 C_(60) - SiPc - C_(60)의 triad분자시스템과 비교하여 전자주개와 전자받개의 거리를 더 길게 연장시키고 또한 연결분자는 환원되기 쉬운 NDI를 사용하여 전하이동에 있어서 복전자이동 (double electron transfer)의 발생을 방지하면서 좀 더 빠른 전하분리와 느린 재결합을 유도하면 결과적으로 전자의 수명이 길어지고 그 결과 전하이동 효율이 더 높아질 것이라 예상하였으며, 이를 위해 C_(60) - NDI - SiPc - NDI - C_(60)의 pentad분자구조의 화합물 31을 합성하였다. 한편, 서브프탈로시아닌 (subphthalocyanine) 을 전자주개로 수직방향에 NDI와 플러렌이 차례로 연결된 triad구조의 분자를 합성하였다. 서브프탈로시아닌 발색단에서 광유발된 전자가 연결분자이며 첫번째 전자받개인 NDI를 경유하여 최종 전자받개인 플러렌으로 이동되고 다시 재결합되는 과정을 관찰하고 그 특성을 분석하려 하였다. 합성된 화합물에 대해 1H-NMR, 13C-NMR, IR, 흡수 분광법 (UV/Vis) 과 순환 전류법 (cyclic voltammetry) 등을 통해 화합물의 분광학적 특성과 물리적 성질에 대한 정보를 얻고 이를 바탕으로 광여기 전하 이동현상을 관찰하기 위해 일중항 여기상태의 전자들이 전자받개의 전자끌어당김 효과 (electron withdrawing effect) 에 의해 이동되면서 형광 (fluorescence) 스펙트럼이 사라지거나 감소되는 원리를 이용한 PL-퀜칭(quenching) 측정 실험을 통해 프탈로시아닌 또는 서브프탈로시아닌 전자 주개로부터 수직으로 치환된 전자받개인 NDI와 플러렌으로 전하이동이 발생함을 확인하였다.