나노기술 및 정책 정보

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중국과학원 다롄(大連) 화학물리 연구소 산하 "광전자 소재 동력학 특구 연구 그룹"의 우카이펑(吳凱豊, 오개풍) 연구팀은 무기/유기 인터페이스 3라인 상태 에너지 이전 동력학 연구 분야에서 새로운 성과를 획득함. 최초로 실험을 통해 흡열 전하 분리 상태 유도의 3라인 상태 에너지 이전 관련 새로운 메커니즘을 해석하고 논증하는데 성공함.

무기 나노 결정에서 유기 분자의 3라인 상태 에너지 이전(TET)은 이머징 동력학 연구 분야에서 기초연구와 광화학 응용에 대해 중요한 의미를 보유하고 있음.

전형적인 Dexter 이미지 중에서 TET는 2개의 전자를 통해 수용 체 간의 역방향적인 협동 이전을 발생시키며, 그 후 발전한 super-exchange 모델을 통해 전하 이전 가상 상태가 TET 전자 커플링의 증강 역할을 한층 더 감안하여 본질은 여전히 협동이 되는 이중 전자 TET에 속한다는 결론을 도출함.

연구팀은 전(前) 단계의 전하 이전 유도의 TET에 대한 연구 성과를 기반으로 하여 한 개 새로운 메커니즘인 "흡열 전하 이전 유도의 TET 메커니즘"을 제시함.

하지만 흡열 전하 분리 상태는 제2단계의 전하 이전을 통해 분자 3라인 상태를 신속히 형성하기 때문에 그 쇠퇴는 형성보다 훨씬 빨라서 효과적인 배치를 형성할 수 없으며, 스펙트럼 관측 결과는 이중 전자 TET와 거의 일치하기 때문에 관련 메커니즘은 검증하기가 어려운 상황임.

연구팀은 "파(波) 함수 판정 근거"를 이용하여 이중 전자 TET와 흡열 전하 이전 유도의 TET를 구분함. 전자(前者)의 속도는 나노 결정과 분자의 전자와 공혈파(空穴波) 함수 결합항의 곱셈에 정비례하고, 후자(後者)의 속도는 주로 첫 번째 흡열 전하 전이(결속보(決速步))와 관련된 전자 또는 공혈파(空穴波) 함수 결합항에 의해 결정된다는 점을 발견하였음.

연구팀은 여러 가지 다른 쉘 층 두께의 CdSe/ZnS 코어 쉘 나노 결정을 디자인하고 합성하였으며, ZnS 층 두께의 정량(定量) 조정 제어를 통해 나노 결정 표면의 전자와 공혈파(空穴波) 함수에 관통시킨 동시에 전하와 에너지 이전 구동력의 불변(不變)을 유지시킨 상황임.

또한, 광 스펙트럼 연구를 통해 나노 결정에서 표면 안트라센 수용 체의 TET 과정 중의 광 스펙트럼 상에서 전하 분리 상태의 신호를 관측하지 못하였으며, 이중 전자 TET를 위한 TET 속도는 나노 결정 표면의 공혈 확률 밀도에 정비례 하고, 전자와 공혈 확률 밀도 곱셈에는 정비례 하지 않는다는 점을 입증하였으며, 관련 결과는 흡열 공혈 이전 유도의 TET 메커니즘과 일치한 것으로 나타났음.

연구팀은 온도 의존의 속도 측정과 모델 계산을 통해 흡열 공혈 이전 유도의 물리 메커니즘을 한층 더 검증한 상황임.

그 외, 독특한 전자 커플링 메커니즘 때문에 흡열 전하 이전 유도의 TET는 수용 체 거리의 의존성은 협동적인 이중 전자 TET보다 매우 취약하기 때문에 초장(超長) 거리의 3라인 상태 민감화를 실현할 수 있을 것으로 전망됨.

연구팀은 "파(波) 함수 판정 근거"를 통해 "보이지 않음"의 흡열 전하 분리 상태 유도의 TET를 해석하고, TET 메커니즘에 대한 이해를 확장시키는데 성공하였으며, 관련 연구 성과는 장거리 3라인 상태 민감화 및 응용 연구를 추진하는 면에서 중요한 역할을 발휘하게 될 것으로 전망됨.

본 연구 성과는 ‘Nature Communications’ ("Shallow distance-dependent triplet energy migration mediated by endothermic charge-transfer")에 게재됨.