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피콜리닉산 리간드를 갖는 염료감응형 태양전지용 루테늄 염료 합성과 특성분석
Synthesis and Characterization of an Organometallic Ruthenium Complex Bearing 4-Picolinic Acid Ligands for Dye-Sensitized Solar Cells (DSSCs) 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.29 no.3, 2016년, pp.192 - 197  

정혜인 (가톨릭대학교 화학과) ,  안병관 (가톨릭대학교 화학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

A novel heteroleptic ruthenium(II) complex bearing a 4-picolinic acid unit as anchoring ligands (trans-dithiocyanato bis(4-picolinic acid)ruthenium(II) (trans-H1)) was synthesized and its chemical structure was identified by $^1H$-NMR, FT-IR and mass spectroscopy. The optical, thermal, el...

주제어

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문제 정의

  • 본 연구에서는 이러한 4-피콜리닉산 분자를 공액 리간드로 사용하여 새로운 루테늄 금속착체인 trans- dithiocyanato bis (4-picolinic acid) ruthenium(II)(trans-H1) 염료를 합성하고 (그림 1), 이 분자의 기본적인 광학적, 열적, 전기화학적 및 이산화티늄 표면에 대한 흡착 특성을 dcbpy 기반의 N3 루테늄 금속착체 염료와 비교⋅평가하는 연구를 진행하였다. 그리고 이 금속착체 분자의 염료감응형 태양전지 염료로서의 활용 가능성도 함께 타진하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
염료감응형 태양전지가 지속적으로 연구되는 이유는? 염료감응형 태양전지(dye-sensitized solar cells, DSSCs)는 기존의 실리콘 기반 태양전지의 문제점을 효과적으로 해결할 수 있을 것으로 기대되어 지속적으로 많은 연구들이 진행되고 있다 [1,2]. 특히 염료감응형 태양전지의 효율과 소자 안정성 확보에 핵심이되는 염료분자들에 대한 개발 연구는 현재까지 가장 활발하게 이루어지고 있다.
4-피콜리닉산 기반의 루테늄 금속착체가 나노 기공 구조의 이산화티타늄 전극 표면에서 dcbpy기반의 N3보다 향상된 흡착능을 가지는 이유는? 더욱이 합성적 측면에서 dcbpy 분자보다 월등히 높은 경제적인 우수성을 가진다. 또한, 흥미로운 것은 두 피리딘 단위들이 연결된 dcbpy 리간드와 달리, 4-피콜리닉산은 독립적으로 루테늄 금속과 결합하게 됨에 따라 각각의 4-피콜리닉산 리간드는 보다 큰 공간적인 자유도를 가질 수 있다. 이로 인해 4-피콜리닉산 기반의 루테늄 금속착체는 나노 기공 구조의 이산화티타늄 전극 표면에 대해서 dcbpy기반의 N3보다 향상된 흡착능을 가질 수 있다.
dcbpy 리간드의 공액단위의 역할은 무엇인가? 이들 N3 염료 분자 유도체들은 루테늄 금속에 4,4'-dicarboxy-2, 2'-bipyridine(dcbpy)과 같은 바이피리딘(bipyridine) 공액 분자가 핵심 리간드로 결합되어 있다. dcbpy 리간드의 공액단위는 루테늄 금속에서 공액 리간드 분자로 전하이동(metal-to-ligand charge transfer, MLCT) 과정을 효과적으로 유도시켜 가시광선적외선 영역의 빛을 폭넓고 강하게 흡수할 수 뿐만 아니라 [3,4], -COOH 단위는 염료분자를 이산화티타늄 전극 표면에 강력하게 흡착기키는데 중요한 역할을 한다. 하지만 dcbpy 리간드 분자는 합성 단계가 복잡하며 사용되는 중간체 물질들이 고가인 단점을 가지고 있다.
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참고문헌 (9)

  1. B. O'Regan and M. Gratzel, Nature, 353, 737 (1991). [DOI: http://dx.doi.org/10.1038/353737a0] 

  2. N. Robertson, Angew. Chem. Int. Ed., 45, 2338 (2006). [DOI: http://dx.doi.org/10.1002/anie.200503083] 

  3. M. K. Nazeeruddin, A. Kay, I. Rodicio, R. Humphry- Baker, E. Mueller, P. Liska, N. Vlachopoulos, and M. Graetzel, J. Am. Chem. Soc., 115, 6382 (1993). [DOI: http://dx.doi.org/10.1021/ja00067a063] 

  4. M. Gratzel, Platinum Metals Rev., 38, 151 (1994). 

  5. P. Xie and F. Guo, Curr. Org. Chem., 11, 1272 (2007). [DOI: http://dx.doi.org/10.2174/138527207781696026] 

  6. B. K. An, P. L. Burn, and P. Meredith, Chem. Mater.. 21, 3315 (2009). [DOI: http://dx.doi.org/10.1021/cm900838b] 

  7. J. C. Benjamin, J. Thomas, and S. W. Peter, Inorg. Chem. 34, 593 (1995). [DOI: http://dx.doi.org/10.1021/ic00107a011] 

  8. J. G. Malecki, M. Jaworska, R. Kruszynski and R. Gil-bortnowska, Polyhedron, 24, 1445 (2005). [DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.poly.2005.03.092] 

  9. J. G. Malecki, B. Machura, A. Switlicka, T. Gron, and M. Balanda, Polyhedron, 30, 746 (2011). [DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.poly.2010.12.007] 

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