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포피린과 풀로렌을 함유한 거대 3분자

전문가 제언: ○ 환경보존과 에너지 고갈에 대비하여 신재생 에너지에 대한 관심이 증가하고 있고, 무한한 에너지를 갖고 있는 태양 에너지를 이용하고자 하는 연구로, 자연에서 일어나는 천연 광합성 반응을 모사하는 소재 개발에 대한 연구이다.

○ 광합성 반응의 핵심인 다단계 전자 이동을 유도하기 위해서는 높은 양자 효과와 긴 수명을 갖는 분리된 전하를 얻기 위해 공유결합이 없이 분자 간 축방향 배위결합과 수소결합을 유도하여 안정한 콤플렉스를 형성하는 자기 조립된 거대 3분자를 설계하고 특성을 확인하였다.

○ 풀로렌(fullerene)을 1차 전자 받개로, 아연 포피린(zinc porphyrin)을 1차 전자 주개로, 그리고 페로센(ferrocene)이나, N,N-DiMethyl -Aminophenyl(DMA), 또는 N,N-DiPhenylAminophenyl(DPA)를 2차 전자 주개로 구성하고, 아연 포피린에는 카르복실기와 아미노기를 첨가하고 2차 전자 주개는 풀로렌에 부착시켰다. 풀로렌과 아연 포피린은 축방향 배위 결합과 수소결합에 의해 “two point" 결합을 통해 거대 3분자를 형성한 콤플렉스를 얻는다.

○ 1H NMR과 UV-visible 흡수 실험, 그리고 양자역학적 계산으로 “two point”를 갖고 있는 자기 조립된 거대 3분자의 2차 결합점을 확인하였고, 전기화학적 방법을 통해 얻은 산화 포텐셜은 Fc < ZnP < DMA < DPA의 순서를 보이고 있다. 형광방출 실험들을 통해서 전하분리속도 상수(charge-separation rate-constants, kcs)는 3.4~6.0 x 109s-1이고 양자수율(quantum yields, Φcs)은 0.82~0.89를 얻었다.

○ 거대 3분자를 형성하고 있는 카르복실기로 치환된 아연 포피린의 singlet 여기된 상태로부터 전하 분리가 효과적으로 일어나고, 낮은 전자 이동과 느리고 낮은 전자 재결합 상수를 가진 광합성 소재가 개발되었고, 이 효과를 이론적·실험적으로 더 발전시켜, 광합성을 모사한 태양전지가 신재생 에너지로 활성화되기를 기대한다.

저자: DSouza, F; El-Khouly, ME; Gadde, S; Zandler, ME; McCarty, AL; Araki, Y; Ito, O
자료유형: 학술정보