초록 ▼

□ 연구목표_국문
고분자 소재의 개발은 현대인들 삶의 패러다임을 바꿔놓은 혁명적 재료이다. 하지만 이 고분자는 단순한 구조, 통계에 근거한 random 서열화, 불규칙적인 구조의 한계를 가지고 있어 물품의 단순 외장재, 지지대 외에 고차원적인 역할을 하지 못하고 있다. 그 이유로는 중합 단계에서 오는 한계점으로 현 합성법으로는 고분자 분자구조의 단순함과 순서 조절의 어려움 등을 극복하기 어렵기 때문이다. 본 연구단 제안서는 세 가지 그룹으로 나누어서 1) 신개념 복잡계 고분자 합성법과 2) 다양한 순서 조절 가능한 새로운 고분

□ 연구목표_국문
고분자 소재의 개발은 현대인들 삶의 패러다임을 바꿔놓은 혁명적 재료이다. 하지만 이 고분자는 단순한 구조, 통계에 근거한 random 서열화, 불규칙적인 구조의 한계를 가지고 있어 물품의 단순 외장재, 지지대 외에 고차원적인 역할을 하지 못하고 있다. 그 이유로는 중합 단계에서 오는 한계점으로 현 합성법으로는 고분자 분자구조의 단순함과 순서 조절의 어려움 등을 극복하기 어렵기 때문이다. 본 연구단 제안서는 세 가지 그룹으로 나누어서 1) 신개념 복잡계 고분자 합성법과 2) 다양한 순서 조절 가능한 새로운 고분자 중합법, 3) 획기적인 자기조립법 개발을 제안하여 복잡계 거대분자 합성 연구단의 출범으로 고분자화학의 장을 넓히고자 한다.

□ 연구개발 내용
본 연구에서는 고효율 고선택성의 촉매 반응을 이용하여 새로운 고분자 중합법을 개발하고자 한다.
특히 정밀 중합을 통해서 복잡계의 거대분자 합성과 순서 조절이 가능한 고분자 합성법 개발 및 이를 생체고분자처럼 고차원 구조로 응용을 제안한다. 이를 위해 먼저 multi-component polymerization, C-H activation에 의한 step-growth C-N amidation polymerization, tandem/cascade polymerization으로 복잡계 고분자 합성을 추진하고자 한다. 또 Ru 촉매와 Pd, Ni 촉매 반응을 이용하여 다양한 living polymerization, selective polymerization을 구현하고자 한다. 이 결과들을 바탕으로 sequence-controlled polymerization으로 확대 개발하여 궁극적으로 정교하고 복잡한 구조 합성을 목표로 한다. 순차/순서 조절된 고분자 합성법은 매우 도전적인 과제이나 본 연구실의 그 동안 축적한 노-하우 즉 단량체의 novel design, 유기금속 촉매 반응의 메커니즘 이해 등의 장점을 바탕으로 세 가지 촉매 중합법(Iridium 촉매를 이용한 선택적 C-H activation), Ruthenium 촉매를 이용한 tandem/cascade olefin metathesis 중합법, 그리고 구리 촉매를 이용한 multicomponent coupling 반응의 iterative 중합법을 핵심기술로 한다. 마지막으로 이 합성법을 바탕으로 고차원적 구조/나노구조체 형성을 위한 homopolymer의 간단 합성만으로 다양한 나노구조체를 얻을 수 있는 one-shot 자기조립법과 block copolymer를 이용한 크기 제어 방법을 제안한다. 이를 통해서 1D, 2D 등 다양한 전도성 나노구조체를 매우 효율적으로 합성 가능한 획기적인 합성법을 연구할 예정이다.

□ 연구개발 성과
1단계 연구 결과는 크게 세 부분이다. 먼저 Ru 촉매로 고효율/고선택성으로 다양한 신규 고분자 및 전도성 고분자를 합성하였다. 또한 Ru 촉매로 연쇄 중합법의 개념을 확장하여 다양한 고분자 재료를 합성할 뿐 아니라 기본 메커니즘 연구를 통해 더 높은 선택성과 효율을 얻어낼 수 있었다. 둘째로는 Pd, Ni, Ir 촉매로 매우 선택적인 반응을 통해서 다양한 전도성, 비전도성 고분자를 개발하였고 다양한 발광체도 발표하였다. 특히 C-H activation을 이용한 Ir 촉매 중합법은 본 연구실의 독창적 연구의 성과이다, 위의 두 합성법 연구 부분에서 리빙 중합법으로 확장시킬 수 있었던 Ru, Ni, Pd 합성법으로 다양한 복잡계 블록공중합체를 성공적으로 합성할 수 있었다. 마지막으로는 새로운 자기조립법으로 빛을 이용한 CDSA 합성법으로 1D 막대의 길이를 자유자제로 조절할 수 있는 나노구조체 형성법과 cyclopolymerization을 이용한 모양 조절 가능한 2D 나노판상 제어법 개발, 그리고 TNT 검출 가능한 1D 나노막대 형성법 개발 등을 성공적으로 발표하였다. 그리하여 1단계에 교신저자로 총 22편의 SCI 논문을 발표하였고 이중 JCR 상위 10% 논문을 20편 발표하였고 이 중 11편이 JACS, 각각 한 편의 Angew. Chemie.와 Chem. Sci., Acc. Chem. Res.에 발표되어 매우 성과가 높은 1단계 성과였다.

□ 활용계획 및 기대효과(응용분야 및 활용범위 포함)
본 연구의 과학적 기대효과로 먼저 단순 고분자를 넘어 기존에 존재하지 않았던 고차원적 복잡계/정교한 순서조절 고분자 합성이 가능해진다. 이는 복잡한 자연계를 모방 재료 뿐 아니라 새로운 촉매를 개발할 수 있는 가능성을 제시한다. 특히 간단 전도성 나노구조체 합성은 기존에 대량생산이 어려웠던 이 나노재료들에게 상용화의 가능성을 매우 높일 수 있다. 본 과제의 성과물인 독창적인 합성법 개발 결과는 다수의 해외 유수저널에 게재되어 우리나라의 과학 기술력의 저변을 넓힐 수있다. 사회적으로는 이 프로젝트에 참여한 학생들이 훌륭한 연구자로 성장하여 소재 합성의 전문가로 산학계 R&D에서 왕성한 과학/경제 활동을 할 것이다. 특히 80~90년 대 왕성했던 한국의 고분자 합성 분야가 2000년대 이후부터 응용 연구 위주로 초점이 옮겨간 후에 매우 위축되었고 축소되었으나 이런 연구단 지원으로 다시 한 번 고분자 합성에 큰 부흥시킬 수 있는 의미를 지닌다.

(출처 : 국문요약문 4p)

Abstract ▼

□ Purpose
Our proposal intends to develop strategies towards the synthesis of complex macromolecules. Here, we divide our strategies into three sub-topics, developing unique synthetic methods for novel polymerization, applying them for sequence-controlled polymerization (SCP), and finally, a new

□ Purpose
Our proposal intends to develop strategies towards the synthesis of complex macromolecules. Here, we divide our strategies into three sub-topics, developing unique synthetic methods for novel polymerization, applying them for sequence-controlled polymerization (SCP), and finally, a new synthetic protocols toward various well-defined nanostructures via one-shot in-situ self-assembly.

□ contents
The main content of this proposal is to produce complex macromolecules with high precision. This proposal is divided into three sub-topics; first, developing new polymerizations using novel synthetic methods such as new living polymerization, multi-component polymerization, cascade polymerization and tandem catalysis. Second, these new methods will be applied for the preparation of sequence-specific polymers and those with much higher dimensional macromolecular architectures. Finally, we would like to expand these controlled polymerizations to prepare various well-defined nanostructures via one-shot in-situ self-assembly during the polymerization and study their dynamics. optoelectric properties and high-resolution imaging.

□ Developement results
During the last two and half years of the first period of CRI research center, we published 22 SCI papers. Among them, 20 obtained prestigious ranking of Top 10% JCR. Eleven were published in JACS and one each for Angew. Chemie., Chem. Sci. and Acc. Chem. Res. demonstrating our successful CRI project. In detail, we demonstrated numerous Ru catalyzed polymerizations to prepare new conjugated and non-conjugated polymers. This required not only high efficiency, but also high selectivities to obtain well-defined polymer architectures. Also, concept of cascade polymerizations and the mechanism involved were further investigated to shed a light on how catalyst’s interplay with monomers is crucial for the success. Then, we investigated other catalysis such as Ir, Pd, and Ni to achieve various living and non-living polymerizations. As a results, we could prepare various block copolymers and higher order polymer architectures. Lastly, our investigation to develope new methods of self-assembly has provided us with an great means to prepare various 1D semi-conducting nanowires with high controllability and precision, and even light control was possible. In other case, we could obtain interesting shape of fractal nanoparticles and even control the shape of the 2D nanosheets using simple changes of solvent compositions. We could also demonstrate that our semi-conducting 1D nanorods could even detect TNT becoming a good sensing materials.

□ Expected Contribution
New methods for polymerization not only expand chemical space of molecular architectures, but also lead to new functions, new applications and potentially new materials. Especially, the conjugated polymers forming in-situ nanostructures spontaneously may find useful applications in the field of organic electronics because of their unique nanostructures such as 1D or 2D morphologies, crystallinity and easy mass production.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 국문요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 목차 ... 6
• 1. 연구개발 목표 및 내용 ... 7
• 가. 최종목표 ... 7
• 나. 단계목표(당초목표 및 수정․보완 목표) ... 7
• 다. 당초 목표의 수정․보완(중요 연구변경) 사유 ... 8
• 라. 2단계 연차별 연구목표 및 내용 ... 9
• 2. 연구 추진전략 및 방법 ... 10
• 1. 고분자 합성 관련 결과 ... 10
• 2. 고분자의 자기조립 연구 결과 ... 25
• 3. 주요 연구개발결과 ... 30
• 가. 계획대비 달성도 ... 30
• 나. 대표적 연구업적 ... 31
• 다. 현 단계 달성된 연구결과의 세계적 연구 위상 ... 32
• 라. 기타 계획하지 않은 연구성과 ... 33
• 마. 연구역량 향상 정도 ... 35
• 바. 세계적 연구리더로서 연구책임자의 성장 정도 ... 36
• 4. 연구수행에 따른 문제점 및 개선방향 ... 37
• 5. 연구개발성과 현황 ... 37
• 6. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설․장비 현황 ... 44
• 7. 기타사항 ... 44
• 끝페이지 ... 45