초록 ▼

□ 연구개요
본 연구의 최종목표는 연구 계획서에서 제안한 것을 수정하여, 엑시톤 커플링이 단일항 분열의 효율에 미치는 영향을 이론적으로 규명하는 것임. 쿨롬 엑시톤 커플링과 전하-이동 엑시톤 커플링을 바탕으로 발색단의 배향에 따른 단일항 분열의 효율을 분석하였음. 이를 바탕으로 단일항 분열이 효율적으로 일어날 수 있는 배향을 가지는 발색단을 탐색하고, 이러한 발색단 내에서 단일항 분열이 효율적으로 일어날 수 있는 이유와 메커니즘을 규명하였음. 또한 페릴렌 비스이미드 배향에 다른 단일항 분열의 효율을 체계적으로 탐색하여, 신물질

□ 연구개요
본 연구의 최종목표는 연구 계획서에서 제안한 것을 수정하여, 엑시톤 커플링이 단일항 분열의 효율에 미치는 영향을 이론적으로 규명하는 것임. 쿨롬 엑시톤 커플링과 전하-이동 엑시톤 커플링을 바탕으로 발색단의 배향에 따른 단일항 분열의 효율을 분석하였음. 이를 바탕으로 단일항 분열이 효율적으로 일어날 수 있는 배향을 가지는 발색단을 탐색하고, 이러한 발색단 내에서 단일항 분열이 효율적으로 일어날 수 있는 이유와 메커니즘을 규명하였음. 또한 페릴렌 비스이미드 배향에 다른 단일항 분열의 효율을 체계적으로 탐색하여, 신물질을 개발할 수 있는 단서를 제공하였음.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구 과제를 통하여 총 다섯 개의 단일항 분열 발색단 계열에서 단일항 분열 메커니즘을 규명하였음 (bis-perylene imide, perylene dimer, oligoacene 류-tetracene, pentacene, perylene imide trimer stacking structure). 이 중에서 세 건의 프로젝트는 국제 공동 연구로 진행하여 발색단 합성 그룹, 레이저 분광학 실험 그룹과 함께 새로운 물질 내에서 단일항 분열 메커니즘을 규명하였음. 한 건은 전적으로 양자화학 시뮬레이션 방법론을 활용하여 발색단의 배향과 단일항 분열의 효율 사이의 관계를 규명하였음. 총 네 개의 계열을 분석하여 세 건의 국제저명학술지에 결과를 보고 하였고 (Journal of the American Chemical Society 1편, Angewandte Chemie 1편, The Journal of Physical Chemistry A 1편), 한 편은 심사중에 있음 (Nature Chemistry 1편). 또한 들뜬 상태에서의 산화/환원 전위를 예측하는 데 있어서 얽힌 삼중항 쌍과 같이 이중 들뜸 상태가 주요한 역할을 하는 것을 규명하여, 단일항 분열에서 뒤따르는 전자 전이를 이해하는 초석을 다졌음 (Journal of Chemical Theory and Computation 1편), 단일항 분열 발색단의 배향이 중요하다는 결과 뒤에 엑시톤 커플링이 작동하고 있다는 것을 규명하였고, 이를 체계적으로 이해할 수 있는 이론적인 근거를 확립하였음.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
단일항 분열은 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다는 점에서 태양전지 산업에서 관심을 받고 있을 뿐만 아니라, 삼중항 쌍이 얽혀있는 상태를 중간체로 하기 때문에 양자정보학, 암호학 등 다양한 분야의 관심을 받고 있음. 본 연구 결과를 바탕으로 발색단 사이의 배향에 따라 서로 다른 엑시톤 커플링을 보인다는 것을 이해 할 수 있고, 이러한 결과는 단일항 분열 발색단 탐색 뿐만이 아니라 다양한 유기물의 들뜬 상태를 이해하고 반응성을 설명하는 주요한 결과가 될 것으로 기대됨. 또한 발색단의 배향에 따른 삼중항 얽힘의 에너지 준위 및 얽힘 정도를 연관시킬 수 있었고, 이는 양자컴퓨터의 개발과 같은 과제에 이바지 할 수 있을 것으로 기대됨.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 1) Universitat Würzburg의 Würthner 교수 그룹에서 합성한 세 종의 페릴렌 비스이미드 이합체 (Bis-PBI1, 2, 3) ... 4
• 2) University of Chicago의 Luping Yu 교수 그룹에서 합성한 두 종의 페릴렌 비스이미드 삼합체 ... 6
• 3) 페릴렌 비스이미드 이합체 배향에 따른 단일항 분열 메커니즘 규명 ... 7
• 4) 올리고아센 덴드리머 형태 내 단일항 분열 메커니즘 규명을 통한 비정형질 내 단일항 분열 이해 ... 9
• 5) 들뜬 상태 산화/환원 전위 예측 ... 10
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 11
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 11
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 11
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 참고문헌 ... 13
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 14
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 17
• 끝페이지 ... 30