셀레늄을 포함하고 있는 새로운 단량체의 합성 및 이를 이용한 공액 전도성 고분자의 중합살리실산 메틸의 새로운 유도체 합성 및 광학적 성

[카리]

Part 1. 셀레늄을 포함하고 있는 새로운 단량체의 합성 및 이를 이용한 공액 전도성 고분자의 중합
본 연구는 전도성 고분자 응용분야 중 가장 많이 응용되고 있는 태양전지에 사용될 수 있는 낮은 밴드갭을 가지는 고분자를 중합하기 위해 칼코젠족을 원소 셀레늄 (Se) 을 포함하는 새로운 단량체 2-heptadecylselenopheno[3,4-d][1,3]selenazole (HSS)를 디자인하고 성공적으로 합성하였다. 합성한 단량체는 1H-NMR, 13C-NMR와 FT-IR(fourier transform infrared) spectrometer와 같은 분광기기를 이용하여 구조 분석하였다. 그 후, HSS와 비슷한 헤테로 고리 화합물인 2-heptadecyl-4,6-dihydro-thieno[3,4-d]thiazole (HTT), 2-heptadecyl-4,6-dihydroselenopheno[3,4-d]thiazole (HST) 와 2-heptadecylthieno[3,4-d]thiazole (HTS)를 본 연구실에서 제공받아 각 물질의 광학적 성질을
UV-Vis spectrometer를 통해 비교 연구를 진행하였다.
합성한 HSS와 4,7-dibromo-5,6-difluoro-2,1,3-benzothiadiazole (BT)를 각각 0.5 당량씩, (4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo [1,2-b:4,5-b']dithiophene-2,6-diyl)bis(trimethylstannane) (BDT)를 1 당량씩 활용하여 Stille cross-coupling reaction을 통해 block copolymer인 poly(2-heptadecylselenopheno[3,4-d][1,3]selenazole-5,6-difluoro-2,1,3-benzo thiadiazole-(4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl))benzo[1,2-b:4,5-b']
dithiophene) (PHSSBTBDT) 를 중합하였다. 이 고분자는 태양전지의 active layer에서 전자 주개 (electron donor)로 활용 될 수 있다.
중합한 PHSSBTBDT를 본 연구실에서 제공받은 poly(2-heptadecyl-4,6-dihydro-thieno[3,4-d]thiazole-5,6-difluoro-2,1,3-benzothiadiazole-(4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl))benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene) (PHTTBTBDT) 와 poly(2-heptadecyl-4,6-dihydroselenopheno [3,4-d]thiazole-5,6-difluoro-2,1,3-benzothiadiazole-(4,8-bis(5-(2-ethylhexyl) thiophen-2-yl))benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene) (PHSTBTBDT)와 각 고분자의 광학적, 열적 안정성 그리고 표면적 성질을 UV-Visspectrometer, TGA (Thermogravimetric analysis)와 AFM (atomic force microscope)을 통해 비교·분석하였다. 그 후, 한양대학교 최효성 교수 연구실과 협업을 통해 고분자의 에너지 변환 효율을 측정하여 비교·분석하였다.

Part 2. 살리실산 메틸의 새로운 유도체 합성 및 광학적 성질에 관한 연구
살리실산 메틸은 소염 진통제, 구강청결제, 식품의 착향제 그리고 화생방 훈련에 사용되는 유사 화학 작용제로 다양한 분야에서 활용되는 화학물질이다. 본 연구에서는 살리실산 메틸의 독특한 성질 중 하나인 이중 형광의 원인에 관한 이론적 연구에 대한 기여와 응용성 확장을 위해 발광하는 물질을 새롭게 디자인하였다. 각 물질들은 전자가 풍부하며, 이중결합을 포함하고 있는 싸이오펜, 셀레노펜, 피리딘 고리가 살리실산 메틸에 치환된 형태이며, Stille cross-coupling reaction을 통해 성공적으로 합성하였다. 합성한 물질은 다음과 같다 : methyl2-hydroxy-4-(thiophen-2-yl)benzoate (MHTB), methyl 2-hydroxy-4-(selenophen-2-yl)benzoate (MHSB), methyl 2-hydroxy-4-(pyridin-2-yl)benzoate (MHPB). 각 물질들의 구조는 1H-NMR (nuclear magneticresonance), 13C-NMR와 FT-IR (fourier transform infrared) spectrometer
를 통해 분석하였다. 새롭게 합성한 살리실산 메틸 유도체들은 비양성자성 용매에 녹였을 경우, 장파장을 흡수하여 빛을 내는 것을 확인하였으며, 이를 바탕으로 각 UV-Vis spectrometer, Photoluminescence 를 측정하여 광학적 성질을 비교·분석 하였다. MHTB는 chloroform 용매에서 318 nm, MHSB는 chloroform 용매에서 320 nm, MHPB는 chloroform 용매에서 321 nm의 UV-vis 최대 흡수 파장을 보였다. MHTB는 emission spectra에서 높은 에너지 영역에서 큰 피크를 나타내었고, MHSB는 emission의 급격한 감소로 spectra에서 매우 약한 피크를 나타내었다. MHPB는 emission spectra에서 높은 에너지 영역과 낮은 에너지 영역에서 비교적 강한 피크를 보였다. 더 나아가, 충남대 손영구 교수 연구실과 협업하여 전산 화학 방법을 이용해 분자 구조적 계산을 하였다. SCF (Self consistent field) 에너지 계산의 결과는 각 유도체들이 케토 형태일 때 안정한 것을 증명하였다.

셀레늄을 포함하고 있는 새로운 단량체의 합성.pdf

2.51MB