산촉매하에서 중합반응을 하는 고에너지를 함유한 옥세탄 유도체들을 ab initio HF/3-21G 방법으로 구조, 전하, 정전기 전위 등을 계산하고 그 결과를 고찰하였다. 계산 결과에 의하면 큰 치환체가 도입되거나 양성자화나 $BF_3$ 착물화에 의해 옥세탄 고리의 구조는 상당히 변화하며, 이것은 정전기적 상호작용이나 구조적 척력으로 설명할 수 있다. 옥세탄 유도체들의 친핵성 및 염기성은 옥세탄 산소원자의 음전하와 최소 정전기 전위의 크기로 설명할 수 있다. 공중합하의 옥세탄 유도체들의 반응성은 (1) 옥세탄 유도체의 염기성과 (2) 옥세탄 유도체의 HOMO 에너지와 활성화 옥세탄 중합 고리의 LUMO 에너지의 차에 의해 설명되어진다. 계산에 의하면 3-azidomethyl-3-methyl oxetane (AMMO)이 3-nitratomethyl-3-methyl oxetane (NMMO)보다 염기성이 크며, AMMO나 NMMO 사슬에 관계없이 반응성이 큼을 알 수 있다. 이 계산 결과는 이미 알려진 실험 결과들과 잘 일치한다.
폴리아민과 이미다졸 유도체에 대해서 AM1, PM3, ZINDO/1법으로 형성엔탈피(${\Delta}H_f$), HOMO, LUMO에너지 및 쌍극자힘(${\mu}_D$) 값을 얻었다. 이들 리간드를 Ni(II)에 배위시킨 Ni(II)착물의 저해활성효과를 ZINDO/1(Zerner''s Intermediate Neglect of Differential Overlap No.1)법으로 조사하였다. Ni(II)착물의 중심금속의 알짜전하 값이 0.03 이상과 형성엔탈피가 음의 값으로 300 eV이상에서 실험적인 저해활성 값이 나타남을 보였다. 그 결과 Ni(II)착물은 불안정한 5배위 사각피라미드형인 [Ni(dpt)(tn)]$^{2+}$(dpt=3,3''-diaminodipropylamine)(tn=1,3-diaminopropane)와 일그러진 사면체인 [Ni(N-PropIm)$_2$(NCS))$_2$](N-PropIm=N-Propylimidazole)를 제외한 착물에서는 저해활성 값이 나타남을 알 수 있었다.
농업용 살균제와 살충제로서의 활용성 진단과 예측평가 자료로 사용하기 위하여 상용화 된 살균제 133품목과 살충제 152품목의 활성 성분들에 대하여 소수성(LogP), 쌍극자능율(DM), HOMO 및 LUMO 에너지, molar refractivity(MR), polarizability(Pol), van der Waals 분자 표면적 및 부피(Vol), 분자량 및 수화 에너지(hydralion energy) 등, 10 가지의 다양한 물리-화학 파라미터들을 계산하였다. 그리고 살균제와 sterol 생합성 저해제 (DMI: demethylation inhibitor) 및 살충제와 acetylcholine esterase 저해제(AChE)이 가지는 특정한 물리-화학 파라미터들의 범위 값을 설정하였다. 그 결과에 기초하여 다양한 화합물들이 작물 보호제로서 살균제와 살충제로의 활용 가능성이 예측될 것으로 판단되었다.
3종의 8배위 터븀 착화합물 [tris (2-pyrazinecarboxylato) (phenanthroline) terbium (III), tris (5-methyl-2-pyrazinecarboxylato) (phenanthroline) terbium(III) 및 tris (2-picolinato) (phenanthroline) terbium (III)]을 합성하고, 이 화합물을 FT-IR, UV 및 XPS 사용하여 특성평가 하였다. 또한, PL 스펙트라를 통하여 합성된 터븀 착화합물은 강한 녹색 형광을 방출하는 것을 확인하였으며, 시간 분해 분광분석기를 통하여 합성된 터븀 착화합물의 형광 반감기가 0.87 ms 및 1.0 ms임을 알았고, 열분석을 통하여 합성된 터븀 착화합물의 열안정성은 $333-379^{\circ}C$ 나타내는 것을 확인하였다. CV를 통하여 합성된 터븀 착화합물의 경우 HOMO-LUMO 에너지 차이가 4.26~4.41 eV를 나타냈는데, 이것은 UV-visible 스펙트라에서 얻은 값과 유사한 값임을 확인하였다. 따라서, 제조된 터븀 착화합물은 초록색을 발광하는 디바이스 재료로 사용할 수 있다.
본 연구에서는 유기 태양전지용 작은 밴드 갭 물질(p-형 반도체)의 개발 과정에서, 2,5-dioctyloxyphenylene(OP), 3-hexylthiophene(HT) 및 2,3-dimethylthieno[3,4-b]pyrazine(TP)을 반복단위로 갖는 올리고머(oligo(OP-HT-TP))를 합성하였다. Oligo(OP-HT-TP)는 측정 온도 범위에서 무정형 상태로 존재하였으며, 범용 유기용매에 잘 용해되었다. 필름상태에서 최대 흡수 파장은 716 nm이었으며, 밴드 갭은 대략 1.20 eV로 측정되었다. Oligo(OP-HT-TP)의 HOMO와 LUMO의 에너지 준위는 각각 -5.27 eV와 -4.04 eV로 측정되었다. 그러나, 이 올리고머의 최대 흡수 파장에서 흡광도는 유기태양전지의 제작에 있어서 현재까지 가장 많이 사용되고 있는 poly(3-hexylthiophene) 흡광도의 1/5보다도 더 작은 것으로 측정되었다.
본 연구는 밀도 범함수 이론(DFT) 가운데 하나인 B3LYP 방법을 $6-31G^{**}$, cc-pVDZ, cc-pVTZ의 바탕함수 집합(basis set)과 함께 사용하여 전자 공여성 분자(D)로 카바졸(carbazol) 그리고 전자 구인성 분자(A)로 dicyanobenzene, diphenyl sulfone, benzonitrile 등의 조합으로 이루어진 열 활성화 지연형광(TADF) 후보 물질에 대하여 분자구조를 최적화하고 진동주파수를 계산하였다. 또한 최적화된 분자 구조에 대하여 HOMO와 LUMO 에너지 차이를 계산하였으며, 나아가 시간 의존 밀도 범함수 이론(TD-DFT)을 사용하여 분자의 최대 흡수 및 방출 파장(${\lambda}_{max}$) 그리고 단일항과 삼중항 들뜬 상태의 에너지 차이(${\Delta}E_{ST}$) 등을 계산하여 열 활성 지연형광(TADF) 소재로서의 가능성을 예측하였다.
열 중착 방법을 이용하여 copper(II)-phthalocyanine(CuPc) 박막을 glass 기판 위에 제작하였다. 박막은 열처리를 하지 않은 경우와 열처리 조건을 $150^{\circ}C$ 로 후열(annealing) 처리 하는 방식으로 하였으며 후열 처리한 경우 $150^{\circ}C$에서의 열처리 지속 시간을 각각 2시간, 3시간, 4시간으로 달리하였다. 제작된 박막의 전기전도도를 평가하기 위해 마이크로파의 근접장 효과를 이용한 근접장 현미경(near-field scanning microwave microscope)을 이용하여 비파괴적인 방식으로 CuPc 박막의 반사계수(reflection coefficient)를 측정하였다. CuPc 박막의 전기전도도 특성을 UV 흡수도를 통한 HOMO(highest occupied molecular orbital), LUMO(lowest unoccupied molecular orbital) 준위의 밴드갭의 shift 현상과 관련지어 설명하였다. 박막 표면 특성은 SEM(scanning microscope microscopy)을 통해 관측하였다. 열처리 지속 시간에 따른 CuPc 박막의 전기전도도 특성은 2시간으로 지속한 경우의 박막의 경우 가장 좋았으며 그 보다 더 오랜 시간 동안 열처리를 지속한 경우에는 전기 전도 특성이 오히려 나빠짐을 알 수 있었다.
새로운 2-alkoxyphenyl-3-phenylthioisoindoline-1-one 유도체(A & B)들의 치환기 변화에 따른 저항성(RPC; 95CC7303)과 감수성(SPC; 95CC7105) 고추역병 균주(Phyto pthora capsici)들의 살균활성에 대한 3차원적인 정량적 구조-활성관계(3D-QSAR)를 비교 분자장 분석(CoMFA) 방법으로 연구하였다. 정렬방법에 따라 field fit(FF) 보다는 atom based fit(AF) 정렬시에 양호한(AF>FF) 모델, A3 및 A7을 얻을 수 있었다. AF 정렬시, 부가적 설명인자로서 HOMO 및 LUMO 분자 궤도장이 추가된 H-bond와 standard field에서 유도된 균주별 두 모델의 cross-validated $r^2\;_{cv.}$값$(q^2=0.625{\sim}0.834)$과 non cross-validated 값$(r^2_{ncv.}=0.894{\sim}0.915)$에 근거하여 SPC 균주의 살균활성에 대한 모델, A7이 RPC 균주의 살균활성에 대한 모델, A3보다 양호한 예측성(q2)을 나타내었다. 두 균주에 대한 살균활성은 분자의 입체장$(66.8{\sim}82.8%)$, 정전기장$(10.3{\sim}4.6%)$ 그리고 분자 궤도장(SPC: HOMO, 12.6% 및 RPC: LUMO, 22.9%)이 영향을 미치는 중요한 요소이었다. 두 균주에 대한 선택성은 N-phenyl 고리상 ortho, meta-위치의 양하전과 S-phenyl 고리상 치환기의 친수성의 크기에 의존적이었다.
$PCDTBT:PC_{71}BM$과 $PTB7:PC_{71}BM$을 유기고분자 활성층 재료로 이용한 Bulk Hetero-Junction (BHJ) 구조의 유기박막태양전지를 플라스틱 기판 위에 각각 제작하여, 시간변화에 따른 단락전류밀도($J_{SC}$), 개방전압($V_{OC}$), 곡선인자(FF) 및 전력변환효율(PCE) 등 출력특성의 변화에 대해 고찰하였다. 유기박막태양전지의 출력특성 파라메터는 시간 경과에 따라 모두 감소하는 경향을 나타내었으며, 특히 개방전압의 감소폭이 컸다. 이러한 개방전압 감소의 원인은 빛에 대한 장시간의 노출과 산소를 포함하는 수분과의 접촉에 의한 LUMO 준위와 HOMO 준위 차의 감소가 그 원인이라 생각되며, 그 메커니즘에 대해 고찰하였다. 또한 유기박막태양전지 소자의 직렬 및 병렬 저항 값은 감소하다가 다시 증가하는 경향을 보였다. 이는 LUMO 준위와 HOMO 준위 차가 감소함에 의한 것과 공액 고분자 활성층 내부에서의 열적과정 손실에 기인하여 전극과 고분자의 계면에서의 접촉저항의 증가 때문이라고 생각된다. 유기박막태양전지의 전력변환효율은 초기에 급격한 감소를 보이다가 시간이 지날수록 감소폭이 차츰 둔화되어 한계치에 도달한 후, 포화되는 경향을 보였다. 이것이 유기박막태양전지가 실제 구동에서 발생시킬 수 있는 최소 출력특성값인 것으로 판단된다.
크롬이움, 몰리브덴늄, 텅그스텐의 carbene 착물인 $(CO)_5Cr=CCHCH_2(XCH_3)\;,\;(CO)_5Mo=CCHCH_2(XCH_3)\;,\;(CO)_5W=CCHCH_2(XCH_3)$에 대해서 확장된 Huckel 방법으로 계산하여 이들의 전자구조와 반응성 등을 고찰하였다. fragment들의 궤도함수 상관도로부터 M=Ccarb 이중결합의 특성을 알 수 있다. M=Ccarb 이중결합의 ${\sigma}$결합은 carbene의 HOMO로부터 $(CO)_5M$의 LUMO로 전자가 이동하므로 형성되고 ${\pi}$결합은 전이금속의 축퇴된 d${\pi}$ 궤도함수로부터 carbene의 LUMO로 전자가 역이동하므로서 형성된다. M=Ccarb 결합에서 전하분극은 Mo, W-착물에 대해서 M쪽이 더욱 양으로 계산되었다. 화학적 또는 물리적 성질은 carbene 탄소원자의 양전하에 의하여 결정되며 carbene 탄소원자의 친전자적 반응성은 전하에 의해서가 아니라 frontier orbital의 LUMO에 의해서 지배받는다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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