초록 ▼

□ 연구개요
▪전자 주개-전자 받개 특성을 지니는 ‘Dyad’ 소재는 태양전지, 인공광합성 등 차세대 에너지 연구에 매우 기본적이며 필수적인 소재임
▪태양광을 직접 전기로 변환시키는 태양전지 효율이 비록 많은 부분 개선되어 태양광-전기 전환 효율이 20%대에 이르고 있으나 태양에너지를 직접적인 고밀도 에너지원으로 대체하기에는 아직은 시기상조임
▪그 대안으로 떠오르는 기술이 “인공광합성”이나 자연에서 진행되는 광합성의 효율을 달성하는데 가장 큰 걸림돌은 효과적인 태양광-전지 변환효율을 완성할 수 있는 마땅한 Dyad가

□ 연구개요
▪전자 주개-전자 받개 특성을 지니는 ‘Dyad’ 소재는 태양전지, 인공광합성 등 차세대 에너지 연구에 매우 기본적이며 필수적인 소재임
▪태양광을 직접 전기로 변환시키는 태양전지 효율이 비록 많은 부분 개선되어 태양광-전기 전환 효율이 20%대에 이르고 있으나 태양에너지를 직접적인 고밀도 에너지원으로 대체하기에는 아직은 시기상조임
▪그 대안으로 떠오르는 기술이 “인공광합성”이나 자연에서 진행되는 광합성의 효율을 달성하는데 가장 큰 걸림돌은 효과적인 태양광-전지 변환효율을 완성할 수 있는 마땅한 Dyad가 없는 현실임
▪Dyad 화합물의 개발은 효과적인 “태양광전변환”과 “인공광합성”을 위해 반드시 필요한 요소임
▪효율적 광전변환을 위해서는 전하이동상태를 장시간 유지할 수 있는 전자주개-전자받개 물질이 필수적이며 이에 대한 개발이 국내외에서 오랫동안 진행되어 왔으나 그동안 연구가 진행된 부분들은 거의 모두 매우 복잡한 구조를 가지고 있어 합성이 용이하지 않거나 또한 주로 귀금속 물질(루테늄, 이리듐 등)을 사용하여 실질적인 활용에 한계를 가지고 있음
▪전하이동의 효율은 주로 전하재결합(Charge recombination)의 속도에 의해 좌우됨. 즉, 전하이동과 전하재결합은 경쟁반응이므로, 전하재결합을 늦추는 메카니즘에 대한 연구가 필요함
▪따라서 단순한 구조를 가져 합성이 용이하면서도 장시간 전하이동이 가능한 전자주개-전자받개물질과 시스템을 개발하여 매우 효율적인 광전변환 소재 및 시스템을 개발하는 것이 본 연구의 핵심 목표임

□ 연구 목표대비 연구결과
- 본 연구의 목표는 아래와 같음
▪장수명 전하이동상태유지가 가능한 Dyad 시스템 후보군 선정하여 다양한 전자 주개 단위체와 전자 받개 물질의 조합을 통한 신규 Dyad 물질을 디자인하고 DFT 양자계산, 단위체의 구조적 위치와 거리를 달리하는 화합물의 합성 및 기본 특성 분석
▪최적화된 Dyad 화합물의 선정을 위해 최적화된 일중항, 삼중항 물질 각각 선정하고, 전하 분리 및 이동에 관한 들뜬 상태의 에너지 동역학적 거동 특성 규명 연구
▪Dyad 화합물의 소재 적용 최적화를 위해 개발된 Dyad화합물의 구조적 정밀 튜닝하고 광전변환 시스템 또는 태양광을 이용한 수소발생 시스템 적용 최적화
- 위 연구 목표를 가지고 3년간의 실험을 진행하였으며, 정량적 목표로 연구기간 중 5편의 SCI급 논문을 발표하는 것이었으며, 현재 총 4편의 논문이 최종 게제되었고, 1편의 논문은 revision중에 있어 목표로 했던 5편의 논문을 모두 충족시킬 것으로 기대되며, 또한 추가적으로 3편의 논문이 현재 작성 중에 있어 연구기간 종료 1년 안으로 3편의 논문이 추가적으로 게제될 것을 기대하고 있음.

□ 연구개발결과의 중요성
▪신규 개발된 Dyad 화합물들은 화합물의 결정 구조 분석, 치환체 특성에 따른 광물리적 특성 및 들뜬 상태의 거동 상관관계는 광전변환 연구, 광촉매를 이용한 수소발생연구 영역은 물론 광감응 합성 반응 등 다른 연구 영역에서도 널리 활용 될 것으로 기대됨
▪특히 카보란을 기반으로 삼중결합으로 연결된 화합물의 경우 기존의 카보란 연구가 두 개의 아릴 그룹으로 제한된 것을 감안하면, 새로운 분자의 구조 설계와 개발이 가능할 수 있는 창의적인 연구결과로 사료됨

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• - 연구의 필요성 및 중요성 ... 4
• - 본 연구의 가설 및 최종목표 ... 4
• - 본 연구의 연구 범위 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• ▪ Dyad 화합물에 사용될 전자주개물질과 전자받개물질의 전자적/구조적 변화를 통한 물질의 기본 특성 규명 ... 5
• ▪ 카보란을 이용한 Dyad 화합물의 개발 및 특성 규명 ... 8
• ▪ 카바졸 전자 받개를 이용한 전기화학적 박막 형성 및 광을 이용한 수소발생 소재 적용 ... 12
• ▪ 삼중항을 이용한 장수명 전하이동상태 Dyad 화합물의 개발 ... 13
• ▪ 발광소자 적용 ... 14
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 16
• 4. 참고문헌 ... 16
• 5. 연구성과 ... 16
• 끝페이지 ... 19