WO2019203481A1 - 형광체 단분자 화합물, 이를 이용한 유기 트랜지스터 및 이를 이용한 물 분해 수소 생산 광 촉매 시스템 - Google Patents

형광체 단분자 화합물, 이를 이용한 유기 트랜지스터 및 이를 이용한 물 분해 수소 생산 광 촉매 시스템 Download PDF

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monomolecular compound
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박수영
최민우
김진홍
윤원식
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서울대학교 산학협력단
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Definitions

  • the present invention relates to a phosphor monomolecular compound, an organic transistor using the same, and a water decomposition hydrogen producing photocatalyst system using the same. More specifically, the present invention relates to a novel phosphor monomolecular compound comprising a 1,5-naphthyridine-2,6-dione structure and an organic transistor and a water decomposition hydrogen production photocatalyst system having improved efficiency using the same.
  • Organic phosphors are cheap and can be synthesized in a variety of pathways.
  • Organic phosphors having such advantages have been studied in the bio field such as biosensor, bio imaging, cell monitoring, and light emitting device fields such as OLED and OLET.
  • various organic phosphors such as fluorescein, anthracene, coumarin, and BODIPY have been developed and commercialized, and have been applied to various fields.
  • Phosphors used in OLEDs and OLETs should be able to emit light in a desired wavelength range, and phosphors used in biotechnology require water-soluble properties.
  • the organic phosphor has a problem in that it is difficult to adjust the molecular structure to emit light of a desired wavelength, or low fluorescence efficiency. In particular, there is a limit indicating hydrophobicity which is difficult to apply to the bio-field.
  • the present invention is to solve a number of problems including the above problems, as a water-soluble monomolecular compound containing a 1,5-naphthyridine-2,6-dione structure, can emit light of a wide wavelength It is an object to provide a phosphor which is excellent in fluorescence efficiency.
  • an object of the present invention is to provide an organic transistor and a water decomposition hydrogen production photocatalyst system having improved performance using the above monomolecular compound.
  • a phosphor monomolecular compound represented by the following chemical structural formula (1).
  • X 1 and X 2 are each independently O, S, Se, NH, or NR ′,
  • R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are each independently H, F, Cl, Br, I, carbon number 1 To 50 An alkyl group, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms, -COOR ',-(CH 2 CH 2 O) n CH 3 or NR' 2 ,
  • Each R ′ is independently an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms or an aryl group having 6 to 50 carbon atoms,
  • N is an integer from 1 to 50.
  • R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently H, F, Cl, Br, I, carbon number 1 To 50 An alkyl group, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms, -COOR ',-(CH 2 CH 2 O) n CH 3 or NR' 2 ,
  • Each R ′ is independently an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms or an aryl group having 6 to 50 carbon atoms,
  • N is an integer from 1 to 50.
  • R 1 and R 2 are each independently H, F, Cl, Br, I, carbon number 1 To 50 An alkyl group, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms, -COOR ',-(CH 2 CH 2 O) n CH 3 or NR' 2 ,
  • R 9 and R 10 are each independently naphthalene ( , ), Pyridine ( ) Or furan ( )ego,
  • Each R ′ is independently an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms or an aryl group having 6 to 50 carbon atoms,
  • N is an integer from 1 to 50.
  • R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 and R ' are each independently an alkyl group having 1 to 26 carbon atoms or carbon atoms It may be an aryl group of 6 to 32.
  • R 1 , R 2 , R 7 , R 8 , and R ' are each independently an alkyl group having 1 to 26 carbon atoms or an aryl having 6 to 32 carbon atoms. It may be a flag.
  • R 1 , R 2 and R ' may each independently be an alkyl group having 1 to 26 carbon atoms or an aryl group having 6 to 32 carbon atoms.
  • R 1 and R 2 may be each independently an alkyl group having 5 to 14 carbon atoms.
  • R 3 , R 4 , R 5 and R 6 may be each independently an alkyl group having 9 to 22 carbon atoms.
  • R 7 and R 8 may be each independently an alkyl group having 9 to 22 carbon atoms.
  • a substrate, a gate electrode formed on the substrate, an insulating layer formed on the gate electrode, the hole transfer formed on the insulating layer A layer, a source electrode and a drain electrode formed on top of the hole transport layer, the hole transport layer is provided with an organic transistor comprising a phosphor monomolecular compound represented by any one of the following chemical structures 1 to 3.
  • X 1 and X 2 are each independently O, S, Se, NH, or NR ′,
  • R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are each independently H, F, Cl, Br, I, carbon number 1 To 50 An alkyl group, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms, -COOR ',-(CH 2 CH 2 O) n CH 3 or NR' 2 ,
  • Each R ′ is independently an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms or an aryl group having 6 to 50 carbon atoms,
  • N is an integer from 1 to 50.
  • R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently H, F, Cl, Br, I, carbon number 1 To 50 An alkyl group, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms, -COOR ',-(CH 2 CH 2 O) n CH 3 or NR' 2 ,
  • Each R ′ is independently an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms or an aryl group having 6 to 50 carbon atoms,
  • N is an integer from 1 to 50.
  • R 1 and R 2 are each independently H, F, Cl, Br, I, carbon number 1 To 50 An alkyl group, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms, -COOR ',-(CH 2 CH 2 O) n CH 3 or NR' 2 ,
  • R 9 and R 10 are each independently naphthalene ( , ), Pyridine ( ) Or furan ( )ego,
  • Each R ′ is independently an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms or an aryl group having 6 to 50 carbon atoms,
  • N is an integer from 1 to 50.
  • the photocatalyst is water decomposition hydrogen containing a phosphor monomolecular compound represented by the following Chemical Structural Formulas 1 to 3
  • a production photocatalyst system is provided.
  • X 1 and X 2 are each independently O, S, Se, NH, or NR ′,
  • R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are each independently H, F, Cl, Br, I, carbon number 1 To 50 An alkyl group, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms, -COOR ',-(CH 2 CH 2 O) n CH 3 or NR' 2 ,
  • Each R ′ is independently an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms or an aryl group having 6 to 50 carbon atoms,
  • N is an integer from 1 to 50.
  • R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently H, F, Cl, Br, I, carbon number 1 To 50 An alkyl group, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms, -COOR ',-(CH 2 CH 2 O) n CH 3 or NR' 2 ,
  • Each R ′ is independently an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms or an aryl group having 6 to 50 carbon atoms,
  • N is an integer from 1 to 50.
  • R 1 and R 2 are each independently H, F, Cl, Br, I, carbon number 1 To 50 An alkyl group, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms, -COOR ',-(CH 2 CH 2 O) n CH 3 or NR' 2 ,
  • R 9 and R 10 are each independently naphthalene ( , ), Pyridine ( ) Or furan ( )ego,
  • Each R ′ is independently an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms or an aryl group having 6 to 50 carbon atoms,
  • N is an integer from 1 to 50.
  • a water-soluble monomolecular compound comprising a 1,5-naphthyridine-2,6-dione structure, can emit light of a wide wavelength, excellent in fluorescence efficiency
  • the phosphor can be provided.
  • the present invention can improve the performance of the organic transistor and water decomposition hydrogen production photocatalyst system by using the above monomolecular compound.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a structure of an organic transistor according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a schematic diagram showing the structure of a water decomposition hydrogen production photocatalyst system according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a graph showing the light absorption spectrum of the phosphor monomolecular compound according to an embodiment of the present invention.
  • 4 and 5 are graphs showing performance evaluation results of an organic transistor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph showing the rate of generation of hydrogen gas in the water decomposition hydrogen production photocatalyst system according to the comparative example and the embodiment of the present invention.
  • the phosphor monomolecular compound according to the present invention has excellent fluorescence efficiency and can be used in organic transistors or water decomposition hydrogen producing photocatalysts. That is, one embodiment of the present invention relates to a phosphor monomolecular compound represented by the following Chemical Structural Formula 1.
  • X 1 and X 2 are each independently O, S, Se, NH, or NR ′,
  • R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are each independently H, F, Cl, Br, I, carbon number 1 To 50 An alkyl group, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms, -COOR ',-(CH 2 CH 2 O) n CH 3 or NR' 2 ,
  • Each R ′ is independently an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms or an aryl group having 6 to 50 carbon atoms,
  • N is an integer from 1 to 50.
  • R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently H, F, Cl, Br, I, carbon number 1 To 50 An alkyl group, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms, -COOR ',-(CH 2 CH 2 O) n CH 3 or NR' 2 ,
  • Each R ′ is independently an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms or an aryl group having 6 to 50 carbon atoms,
  • N is an integer from 1 to 50.
  • R 1 and R 2 are each independently H, F, Cl, Br, I, carbon number 1 To 50 An alkyl group, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms, -COOR ',-(CH 2 CH 2 O) n CH 3 or NR' 2 ,
  • R 9 and R 10 are each independently naphthalene ( , ), Pyridine ( ) Or furan ( )ego,
  • Each R ′ is independently an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms or an aryl group having 6 to 50 carbon atoms,
  • N is an integer from 1 to 50.
  • the monomolecular compound according to the present invention is a novel monomolecular compound including a 1,5-naphthyridine-2,6-dione structure, and has a high fluorescence and It has high water mobility because it has water-soluble properties and excellent crystallinity and good morphology. Therefore, by using the phosphor monomolecular compound, an organic transistor having excellent photoluminescence quantum efficiency and hole mobility can be manufactured.
  • the above-mentioned phosphor monomolecular compound has high absorbance with respect to visible light, and easy formation of supramolecular body due to strong intermolecular attraction.
  • the specific surface area can be increased by controlling the structure of the supramolecular body, it is possible to prepare a water-decomposed hydrogen-producing photocatalyst with improved catalyst efficiency.
  • the monomolecular compounds represented by Chemical Formulas 1 to 3 may be prepared, for example, from 6-methoxy-1,5-naphthyridin-2 (1H) -one compounds represented by the following Chemical Formula 1.
  • the monomolecular compound of the present invention may be prepared through a stille coupling reaction of the 6-methoxy-1,5-naphthyridin-2 (1H) -one compound represented by Chemical Formula 1, but It is not limited.
  • the monomolecular compound of the present invention is a compound in which a methoxy group, which may be prepared from 6-methoxy-1,5-naphthyridin-2 (1H) -one, is not substituted, and is represented by Formula 2 below. It may also be prepared via naphthyridine-2,6-dione.
  • X 1 and X 2 are each independently O, S, Se, NH, or NR ′, and R ′ may be each independently an alkyl group having 1 to 26 carbon atoms or an aryl group having 6 to 32 carbon atoms. In more specific examples, X 1 and X 2 may be each independently O or S.
  • R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 and R 8 are each independently H, F, Cl, Br, I, carbon number 1 To 50
  • R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 and R 8 are each independently carbon number 1 To 46 Alkyl group, 1 carbon To 42 Alkyl group, 1 carbon To 38 Alkyl group, 1 carbon To 34 Alkyl group, 1 carbon To 30 Alkyl group, 1 carbon To 26 Alkyl or C1 To 22
  • R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , and R ′ may be each independently an alkyl group having 1 to 26 carbon atoms or an aryl group having 6 to 32 carbon atoms.
  • R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 and R 8 is a configuration that can determine the physical properties such as hydrophilicity or hydrophobicity of the single molecule according to the present invention, the carbon number of the appropriate range It is preferable to have.
  • each of R 1 and R 2 may be independently an alkyl group having 5 to 14 carbon atoms
  • each of R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 and R 8 may be independently 9 to 8 carbon atoms. It may be an alkyl group of 22.
  • N is an integer of 1 to 1,000. In more specific examples, n may be an integer of 1 to 800, 1 to 700, 1 to 600 or 1 to 500.
  • the phosphor monomolecular compound according to the present invention has water-soluble properties and at the same time has excellent light absorption and low driving voltage for sunlight. Moreover, since it has excellent crystallinity, it has high hole mobility.
  • the monomolecular compound may have a photoluminescence quantum yield (PLQY) of 60% or more at a maximum absorption wavelength within a wavelength of 300 nm to 1,000 nm, and a hole mobility of 0.76 cm. It may be more than 2 / Vs.
  • the present invention also relates to an organic transistor comprising the single molecule compound.
  • the organic transistor may have high hole mobility and may have excellent efficiency.
  • An organic transistor includes a substrate, a gate electrode formed on the substrate, an insulation layer formed on the gate electrode, a hole transport layer formed on the insulation layer, and the hole transfer. And a source electrode and a drain electrode formed on the layer, and the hole transport layer may include a phosphor monomolecular compound represented by any one of Chemical Formulas 1 to 3 below.
  • X 1 and X 2 are each independently O, S, Se, NH, or NR ′,
  • R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are each independently H, F, Cl, Br, I, carbon number 1 To 50 An alkyl group, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms, -COOR ',-(CH 2 CH 2 O) n CH 3 or NR' 2 ,
  • Each R ′ is independently an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms or an aryl group having 6 to 50 carbon atoms,
  • N is an integer from 1 to 50.
  • R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently H, F, Cl, Br, I, carbon number 1 To 50 An alkyl group, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms, -COOR ',-(CH 2 CH 2 O) n CH 3 or NR' 2 ,
  • Each R ′ is independently an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms or an aryl group having 6 to 50 carbon atoms,
  • N is an integer from 1 to 50.
  • R 1 and R 2 are each independently H, F, Cl, Br, I, carbon number 1 To 50 An alkyl group, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms, -COOR ',-(CH 2 CH 2 O) n CH 3 or NR' 2 ,
  • R 9 and R 10 are each independently naphthalene ( , ), Pyridine ( ) Or furan ( )ego,
  • Each R ′ is independently an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms or an aryl group having 6 to 50 carbon atoms,
  • N is an integer from 1 to 50.
  • the organic transistor of the present invention may include a monomolecular compound represented by any one of Chemical Formulas 1 to 3 described above as a hole transporting material in the hole transport layer, thereby having a high hole mobility.
  • FIG. 1 is a schematic view showing the structure of an organic transistor 1 according to the present invention.
  • the organic transistor 1 includes a substrate 100, a gate electrode 110, an insulating layer 120, a hole transport layer 130, a source electrode 140, and a drain electrode. 150 may be included.
  • the organic transistor 1 has a structure in which a gate electrode 110, an insulating layer 120, and a hole transport layer 130 are stacked on an upper portion of a substrate 100.
  • the source electrode 140 and the drain electrode 140 may be disposed to face each other on the hole transport layer 130.
  • the source electrode 140 and the drain electrode 150 are formed on the hole transport layer 130 and have a structure of a top contact-bottom gate having a gate electrode 110 formed thereunder. Can be.
  • the hole transport layer 130 may include a phosphor monomolecular compound represented by any one of the chemical formulas 1 to 3.
  • the hole transport layer 130 may include a phosphor monomolecular compound represented by any one of Chemical Formulas 1 to 3 described above as a hole transport material and may have excellent hole mobility at a low driving voltage.
  • the organic transistor 1 may have a hole mobility of 0.7 cm 2 V ⁇ 1 s ⁇ 1 or more.
  • the upper limit of the hole mobility may be, for example, 2.76 cm 2 V ⁇ 1 s ⁇ 1 .
  • the present invention relates to a water decomposition hydrogen-producing photocatalyst system comprising the monomolecular compound.
  • the water-decomposed hydrogen-producing photocatalyst system has high absorbance for visible light and can have excellent efficiency by forming supramolecular bodies using strong intermolecular attraction between catalyst molecules.
  • the water decomposition hydrogen-producing photocatalyst system includes a photocatalyst on an aqueous solution, and the photocatalyst may include a phosphor monomolecular compound represented by any one of Chemical Formulas 1 to 3 below. have.
  • X 1 and X 2 are each independently O, S, Se, NH, or NR ′,
  • R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are each independently H, F, Cl, Br, I, carbon number 1 To 50 An alkyl group, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms, -COOR ',-(CH 2 CH 2 O) n CH 3 or NR' 2 ,
  • Each R ′ is independently an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms or an aryl group having 6 to 50 carbon atoms,
  • N is an integer from 1 to 50.
  • R One , R 2 , R 3 And R 4 are each independently H, F, Cl, Br, I, carbon number 1 To 50 Alkyl group, C6-C50 aryl group, -COOR ',-(CH 2 CH 2 O) n CH 3 Or NR ' 2 ego,
  • Each R ′ is independently an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms or an aryl group having 6 to 50 carbon atoms,
  • N is an integer from 1 to 50.
  • R 1 and R 2 are each independently H, F, Cl, Br, I, carbon number 1 To 50 An alkyl group, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms, -COOR ',-(CH 2 CH 2 O) n CH 3 or NR' 2 ,
  • R 9 and R 10 are each independently naphthalene ( , ), Pyridine ( ) Or furan ( )ego,
  • Each R ′ is independently an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms or an aryl group having 6 to 50 carbon atoms,
  • N is an integer from 1 to 50.
  • FIG. 2 is a schematic view showing the structure of a water decomposition hydrogen producing photocatalyst system 2 according to the present invention.
  • the water decomposition hydrogen producing photocatalyst system 2 may include an aqueous solution 220 and a photocatalyst 240.
  • the photocatalyst 240 may include a phosphor monomolecular compound represented by any one of Chemical Formulas 1 to 3.
  • the photocatalyst 240 on the aqueous solution 220 absorbs visible light from sunlight coming from the outside to decompose water (H 2 O) into hydrogen gas (H 2 ).
  • H 2 O decompose water
  • H 2 hydrogen gas
  • Phosphor monomolecular compounds represented by any one of the above Chemical Structural Formulas 1 to 3 have good absorbance with respect to visible light and thus have good absorption efficiency. That is, the catalyst activity against sunlight is excellent.
  • the phosphor monomolecular compound represented by any one of Chemical Formulas 1 to 3 may form a supermolecular body by forming a strong intermolecular attraction. By controlling the structure of the supramolecular body, the specific surface area can be adjusted to provide a sufficient reaction site. That is, including the phosphor monomolecular compound represented by any one of the above Chemical Structural Formulas 1 to 3, it is possible to improve the efficiency of the water decomposition hydrogen production photocatalyst system.
  • Synthesis was performed according to Synthesis Mechanism 1 below to finally synthesize monomolecular compounds (oct-NTD, oct-NTD-2Br) that can be used as phosphors.
  • Various phosphor monomolecular compounds are synthesized using oct-NTD (preparation example 1) and oct-NTD-2Br (preparation example 2), which are intermediates prepared according to the synthesis mechanism 1 above.
  • Phosphor monomolecular compound oct-NTDT (Preparation Example 3) is synthesized using the oct-NTD-2Br (Preparation Example 2) as shown in the following Chemical Scheme 1.
  • the phosphor monomolecular compound oct-NTDT-2Br (Preparation Example 4) is synthesized using the oct-2NTDT (Preparation Example 3) as shown in Chemical Scheme 2 below.
  • Phosphor monomolecular compound oct-NTDTP-NPh 2 [ 3,7-bis (5- (4- (diphenylamino) phenyl) thiophen-2-yl) -1,5-dioctyl-1,5-naphthyridine-2,6- dione, Preparation Example 5]
  • the phosphor monomolecular compound oct-NTDTP-NPh 2 (Preparation Example 5) is synthesized using the oct-NTDT-2Br (Preparation Example 4) as shown in Chemical Scheme 3 below.
  • oct-NTDT-2Br 0.1 g, 0.14 mmol
  • 4- (diphenylaminophenyl) boronic acid 0.12 g, 0.42 mmol
  • Pd (PPh 3 ) 4 16 mg, 0.014 mmol
  • 1 MK 2 CO 3 aqueous solution 2 mL
  • the organics are extracted with ethyl acetate (EA) and water, and the solvent is removed in vacuo.
  • EA ethyl acetate
  • the phosphor monomolecular compound oct-NTDTT (Preparation Example 6) is synthesized using the oct-NTD-2Br (Preparation Example 2) as shown in Scheme 4 below.
  • the phosphor monomolecular compound oct-NTDP (Preparation Example 7) is synthesized using the oct-NTD-2Br (Preparation Example 2) as shown in Chemical Scheme 5 below.
  • Oct-NTD-2Br 0.1 g, 0.18 mmol
  • phenylboroic acid 0.067 g, 0.55 mmol
  • Pd (PPh 3 ) 4 0.021 g, 0.018 mmol
  • the phosphor monomolecular compound oct-NTDP-2Br (Preparation Example 8) is synthesized using the oct-NTD (Preparation Example 1) as shown in Chemical Scheme 6 below.
  • oct-NTD 0.1 g, 0.26 mmol
  • 4-bromophenylhydrazine hydrochloride 0.14 g, 0.62 mmol
  • K 2 CO 3 0.21 g, 1.55 mmol
  • the phosphor monomolecular compound oct-NTDP-OMe (Preparation Example 9) is synthesized using the oct-NTD-2Br (Preparation Example 2) as shown in Scheme 7 below.
  • Oct-NTD-2Br 0.1 g, 0.18 mmol
  • 4-methoxyphenylboronic acid 0.084 g, 0.55 mmol
  • Pd (PPh 3 ) 4 0.021 g, 0.018 mmol
  • the phosphor monomolecular compound oct-NTDP-NMe 2 (Preparation Example 10) is synthesized using the oct-NTD-2Br (Preparation Example 2) as shown in Chemical Scheme 8 below.
  • Oct-NTD-2Br 0.1 g, 0.18 mmol
  • 4- (dimethylaminophenyl) boronic acid 0.091 g, 0.55 mmol
  • Pd (PPh 3 ) 4 0.021 g, 0.018 mmol
  • the phosphor monomolecular compound oct-NTDP-NPh 2 (Preparation Example 11) is synthesized using the oct-NTD-2Br (Preparation Example 2) as shown in Chemical Scheme 9 below.
  • the phosphor monomolecular compound oct-NTDN1 (Preparation Example 12) is synthesized using the oct-NTD-2Br (Preparation Example 2) as shown in Chemical Scheme 10 below.
  • the phosphor monomolecular compound oct-NTDN2 (Preparation Example 13) is synthesized using the oct-NTD-2Br (Preparation Example 2) as shown in Chemical Scheme 11 below.
  • the phosphor monomolecular compound oct-NTDPy (Preparation Example 14) is synthesized using the oct-NTD-2Br (Preparation Example 2) as shown in Chemical Scheme 12 below.
  • Oct-NTD-2Br 0.2 g, 0.37 mmol
  • pyridin-4-yl-boronic acid 0.135 g, 1.10 mmol
  • Pd (PPh 3 ) 4 0.042 g, 0.037 mmol
  • 1.11 g of K 2 CO 3 8 mL of ethanol and 24 mL of toluene and stirred at 70 ° C. for 24 hours.
  • the phosphor monomolecular compound oct-NTDF (Preparation Example 15) is synthesized using the oct-NTD-2Br (Preparation Example 2) as shown in Chemical Scheme 13 below.
  • Synthesis was performed according to the following Synthesis Mechanism 2 to finally synthesize monomolecular compounds (oct-NTD, oct-NTD-2Br) that can be used as phosphors.
  • Substance (3) (1 g, 6.17 mmol), 2- (2- (2-methoxyethoxy) ethoxy) ethyl-4-methylbenzenesulfonate [2- (2- (2-methoxyethoxy) ethoxy) ethyl -4-methylbenzenesulfonate] (9.82 g, 30.8 mmol) and cesium carbonate (4.42 g, 13.6 mmol) are dissolved in 500 mL of toluene and stirred at 130 ° C. for 24 hours.
  • TEG-NTDT Phosphor monomolecular compound TEG-NTDT (Preparation Example 18) is synthesized using the TEG-NTD-2Br (Preparation Example 17) as shown in Chemical Scheme 14 below.
  • Table 1 below shows various phosphor monomolecular compounds prepared according to the above synthesis.
  • the fluorescent property test of the monomolecular compounds according to Preparation Examples 1 to 18, which is the synthesized phosphor monomolecular compound, is performed.
  • Compounds of Preparation Examples 1 to 15 were prepared in stock solution with 10 -3 M chloroform (CHCl 3 ), and samples of CHCl 3 solution diluted to 10 -5 M concentration were prepared.
  • the prepared samples are placed in a cuvette and the absorption spectrum is measured using an ultraviolet / vis spectroscopy. The measured absorption spectrum results are shown in FIG. 3.
  • the photoluminescence quantum yield (PLQY) of the compounds of Preparation Examples 1 to 18 was measured by a photoluminescence spectroscopy. The measured results are shown in Table 2 below. In this case, in Preparation Examples 16 to 18, the quantum efficiency was measured in the aqueous solution and the CHCl 3 phase, respectively.
  • Figure 3 is a graph showing the light absorption spectrum of the phosphor monomolecular compound according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 (a) shows the absorption spectrum of the above production examples
  • Figure 3 (b) shows the emission spectrum
  • Figure 3 (c) shows the averaged spectrum.
  • the phosphor monomolecular compounds according to the preparation of the present invention show excellent absorption spectrum in a wide wavelength range.
  • the photoluminescence quantum efficiency also has excellent numerical values.
  • the silicon (SiO 2 / Si) substrate is cleaned by sonication in acetone, isopropanol, and treated with UV-ozone for 20 minutes. Then, the surface of the silicon (SiO 2 ) layer of the substrate was treated with gaseous octadecyltrichlorosilane (OTS), and moved to a glove box to prepare a compound of Preparation Example 3 in a high vacuum (10 -6 to 10 -5 torr) Thermal evaporation in the state. Next, gold (Au) is thermally deposited in a high vacuum state to form a source electrode and a drain electrode, thereby manufacturing a p-type organic field-effect transistor (OFET) device having a top contact-bottom gate structure. Hole mobility was measured in the saturation region of the manufactured transistor device, and the results are shown in FIGS. 4, 5 and Table 3 below.
  • 4 and 5 are graphs showing performance evaluation results of an organic transistor according to an embodiment of the present invention.
  • 4A to 4F show a transfer curve of an organic transistor using phosphor monomolecular compounds according to Preparation Examples 3, 6, 7, 12, 13, and 15, respectively.
  • (C) shows the output curves of the organic transistors according to Preparation Examples 3, 7 and 15, respectively.
  • the organic transistor according to the above manufacturing examples has a large on-off ratio.
  • the shape of the curve according to the gate voltage Vg is relatively linear, and a current may flow through the organic transistor even with a small amount of voltage. That is, it can be seen that the organic transistor using the phosphor monomolecular compound according to the present invention has excellent performance.
  • FIG. 6 is a graph showing the rate of generation of hydrogen gas in the water decomposition hydrogen production photocatalyst system according to the comparative example and the embodiment of the present invention.
  • absorbance to visible light must be high and a large specific surface area must be provided to provide a reaction site at which a catalytic reaction can occur.
  • the phosphor monomolecular compound according to the present invention has a high absorbance to visible light as described in Experimental Example 1.
  • the intermolecular attraction is strong, the supramolecular body can be easily formed, and the specific surface area can be increased by controlling the structure.
  • the monomolecular compound according to the present invention can be used as a water decomposition hydrogen producing photocatalyst and can have excellent performance.
  • the present invention is a water-soluble monomolecular compound containing a 1,5-naphthyridine-2,6-dione structure, and can provide a phosphor having a broad wavelength of light and excellent fluorescent efficiency. Industrial use is very useful.

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Abstract

본 발명은 형광체 단분자 화합물, 이를 이용한 유기 트랜지스터 및 이를 이용한 물 분해 수소 생산 광 촉매 시스템에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 형광체 단분자 화합물로서 1,5-나프티리딘-2,6-다이온 구조를 포함하는 수용성 단분자를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

형광체 단분자 화합물, 이를 이용한 유기 트랜지스터 및 이를 이용한 물 분해 수소 생산 광 촉매 시스템
본 발명은 형광체 단분자 화합물, 이를 이용한 유기 트랜지스터 및 이를 이용한 물 분해 수소 생산 광 촉매 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 1,5-나프티리딘-2,6-다이온 구조를 포함하는 신규한 형광체 단분자 화합물과 이를 이용하여 효율이 향상된 유기 트랜지스터와 물 분해 수소 생산 광 촉매 시스템에 관한 것이다.
유기 형광체는 값이 싸고 다양한 경로의 합성이 가능하다. 또한, 다양한 치환기를 도입하여 사용 목적에 따른 용도로의 합성 및 이용이 가능한 장점이 있다. 이러한 장점을 가진 유기 형광체는 바이오 센서, 바이오 이미징, 세포(cell) 모니터링 등 바이오 분야나 OLED, OLET 등 발광 소자 분야에서 많은 연구가 이루어지고 있다. 대표적으로, 플루오레세인(Fluorecein), 안트라센(Anthracene), 쿠마린(Coumarin), BODIPY 등 다양한 유기 형광체가 개발되어 상용화 되었고, 다양한 분야에 응용되고 있다.
OLED나 OLET에 이용되는 형광체는 원하는 영역의 파장의 빛을 낼 수 있어야 하고, 바이오 분야에 이용되는 형광체는 수용성 특성이 요구된다. 하지만, 유기형광체는 원하는 파장의 빛을 내기 위한 분자 구조의 조정이 어렵거나, 형광 효율이 낮은 문제가 있다. 특히, 바이오 분야에 적용하기 어려운 소수성을 나타내는 한계가 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 1,5-나프티리딘-2,6-다이온 구조를 포함하는 수용성 단분자 화합물로, 넓은 파장의 빛을 낼 수 있고 형광 효율이 우수한 형광체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기의 단분자 화합물을 이용하여 성능이 향상된 유기 트랜지스터 및 물 분해 수소 생산 광 촉매 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 하기 화학 구조식 1로 표시되는 형광체 단분자 화합물이 제공된다.
[화학 구조식 1]
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000001
상기 화학 구조식 1 에서,
상기 X 1 및 X 2 는 각각 독립적으로 O, S, Se, NH 또는 NR'이고,
상기 R 1, R 2, R 3, R 4, R 5 및 R 6는 각각 독립적으로 H, F, Cl, Br, I, 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기, -COOR', -(CH 2CH 2O) nCH 3 또는 NR' 2이고,
상기 R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 50의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 50의 아릴기이고,
상기 n은 1 내지 50의 정수이다.
그리고, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 하기 화학 구조식 2로 표시되는 형광체 단분자 화합물이 제공된다.
[화학 구조식 2]
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000002
상기 화학 구조식 2 에서,
상기 R 1, R 2, R 3 및 R 4 는 각각 독립적으로 H, F, Cl, Br, I, 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기, -COOR', -(CH 2CH 2O) nCH 3 또는 NR' 2이고,
상기 R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 50의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 50의 아릴기이고,
상기 n은 1 내지 50의 정수이다.
그리고, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 하기 화학 구조식 3으로 표시되는 형광체 단분자 화합물이 제공된다.
[화학 구조식 3]
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000003
상기 화학 구조식 3 에서,
상기 R 1 및 R 2 는 각각 독립적으로 H, F, Cl, Br, I, 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기, -COOR', -(CH 2CH 2O) nCH 3 또는 NR' 2이고,
상기 R 9 및 R 10은 각각 독립적으로 나프탈렌(
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000004
,
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000005
), 피리딘(
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000006
) 또는 퓨란(
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000007
)이고,
상기 R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 50의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 50의 아릴기이고,
상기 n은 1 내지 50의 정수이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 화학 구조식 1에서, 상기 R 1, R 2, R 3, R 4, R 5, R 6 및 R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 26의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 32의 아릴기일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 화학 구조식 2에서, 상기 R 1, R 2, R 7, R 8, 및 R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 26의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 32의 아릴기일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 화학 구조식 3에서, 상기 R 1, R 2 및 R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 26의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 32의 아릴기일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 R 1 및 R 2 는 각각 독립적으로 탄소수 5 내지 14의 알킬기일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 화학 구조식 1에서, 상기 R 3, R 4, R 5 및 R 6 은 각각 독립적으로 탄소수 9 내지 22의 알킬기일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 화학 구조식 2에서, 상기 R 7 및 R 8 은 각각 독립적으로 탄소수 9 내지 22의 알킬기일 수 있다.
그리고, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 기판, 상기 기판의 상부에 형성되는 게이트 전극, 상기 게이트 전극의 상부에 형성되는 절연층, 상기 절연층의 상부에 형성되는 정공 전달층, 상기 정공 전달층의 상부에 형성되는 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하고, 상기 정공 전달층은 하기의 화학 구조식 1 내지 3 중 어느 하나로 표시되는 형광체 단분자 화합물을 포함하는 유기 트랜지스터가 제공된다.
[화학 구조식 1]
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000008
상기 화학 구조식 1 에서,
상기 X 1 및 X 2 는 각각 독립적으로 O, S, Se, NH 또는 NR'이고,
상기 R 1, R 2, R 3, R 4, R 5 및 R 6는 각각 독립적으로 H, F, Cl, Br, I, 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기, -COOR', -(CH 2CH 2O) nCH 3 또는 NR' 2이고,
상기 R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 50의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 50의 아릴기이고,
상기 n은 1 내지 50의 정수이다.
그리고, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 하기 화학 구조식 2로 표시되는 형광체 단분자 화합물이 제공된다.
[화학 구조식 2]
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000009
상기 화학 구조식 2 에서,
상기 R 1, R 2, R 3 및 R 4 는 각각 독립적으로 H, F, Cl, Br, I, 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기, -COOR', -(CH 2CH 2O) nCH 3 또는 NR' 2이고,
상기 R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 50의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 50의 아릴기이고,
상기 n은 1 내지 50의 정수이다.
그리고, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 하기 화학 구조식 3으로 표시되는 형광체 단분자 화합물이 제공된다.
[화학 구조식 3]
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000010
상기 화학 구조식 3 에서,
상기 R 1 및 R 2 는 각각 독립적으로 H, F, Cl, Br, I, 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기, -COOR', -(CH 2CH 2O) nCH 3 또는 NR' 2이고,
상기 R 9 및 R 10은 각각 독립적으로 나프탈렌(
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000011
,
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000012
), 피리딘(
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000013
) 또는 퓨란(
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000014
)이고,
상기 R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 50의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 50의 아릴기이고,
상기 n은 1 내지 50의 정수이다.
그리고, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 수용액 상에 광 촉매를 포함하며, 상기 광 촉매는 하기의 화학구조식 1 내지 3으로 표시되는 형광체 단분자 화합물을 포함하는 물 분해 수소 생산 광 촉매 시스템이 제공된다.
[화학 구조식 1]
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000015
상기 화학 구조식 1 에서,
상기 X 1 및 X 2 는 각각 독립적으로 O, S, Se, NH 또는 NR'이고,
상기 R 1, R 2, R 3, R 4, R 5 및 R 6는 각각 독립적으로 H, F, Cl, Br, I, 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기, -COOR', -(CH 2CH 2O) nCH 3 또는 NR' 2이고,
상기 R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 50의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 50의 아릴기이고,
상기 n은 1 내지 50의 정수이다.
그리고, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 하기 화학 구조식 2로 표시되는 형광체 단분자 화합물이 제공된다.
[화학 구조식 2]
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000016
상기 화학 구조식 2 에서,
상기 R 1, R 2, R 3 및 R 4 는 각각 독립적으로 H, F, Cl, Br, I, 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기, -COOR', -(CH 2CH 2O) nCH 3 또는 NR' 2이고,
상기 R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 50의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 50의 아릴기이고,
상기 n은 1 내지 50의 정수이다.
그리고, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 하기 화학 구조식 3으로 표시되는 형광체 단분자 화합물이 제공된다.
[화학 구조식 3]
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000017
상기 화학 구조식 3 에서,
상기 R 1 및 R 2 는 각각 독립적으로 H, F, Cl, Br, I, 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기, -COOR', -(CH 2CH 2O) nCH 3 또는 NR' 2이고,
상기 R 9 및 R 10은 각각 독립적으로 나프탈렌(
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000018
,
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000019
), 피리딘(
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000020
) 또는 퓨란(
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000021
)이고,
상기 R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 50의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 50의 아릴기이고,
상기 n은 1 내지 50의 정수이다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 1,5-나프티리딘-2,6-다이온 구조를 포함하는 수용성 단분자 화합물로, 넓은 파장의 빛을 낼 수 있고, 형광 효율이 우수한 형광체를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기의 단분자 화합물을 이용하여 유기 트랜지스터 및 물 분해 수소 생산 광 촉매 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다.
물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 트랜지스터의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 물 분해 수소 생산 광 촉매 시스템의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 형광체 단분자 화합물의 광 흡수 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 4 및 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 트랜지스터의 성능 평가 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 물 분해 수소 생산 광 촉매 시스템에서 수소기체의 생성율을 나타내는 그래프이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 형광체 단분자 화합물은 우수한 형광효율을 가지고, 유기트랜지스터 또는 물 분해 수소 생산 광 촉매에 이용될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예는 하기 화학 구조식 1로 표시되는 형광체 단분자 화합물에 관한 것이다.
[화학 구조식 1]
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000022
상기 화학 구조식 1 에서,
상기 X 1 및 X 2 는 각각 독립적으로 O, S, Se, NH 또는 NR'이고,
상기 R 1, R 2, R 3, R 4, R 5 및 R 6는 각각 독립적으로 H, F, Cl, Br, I, 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기, -COOR', -(CH 2CH 2O) nCH 3 또는 NR' 2이고,
상기 R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 50의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 50의 아릴기이고,
상기 n은 1 내지 50의 정수이다.
그리고, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 하기 화학 구조식 2로 표시되는 형광체 단분자 화합물이 제공된다.
[화학 구조식 2]
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000023
상기 화학 구조식 2 에서,
상기 R 1, R 2, R 3 및 R 4 는 각각 독립적으로 H, F, Cl, Br, I, 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기, -COOR', -(CH 2CH 2O) nCH 3 또는 NR' 2이고,
상기 R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 50의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 50의 아릴기이고,
상기 n은 1 내지 50의 정수이다.
그리고, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 하기 화[화학 구조식 3]
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000024
상기 화학 구조식 3 에서,
상기 R 1 및 R 2 는 각각 독립적으로 H, F, Cl, Br, I, 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기, -COOR', -(CH 2CH 2O) nCH 3 또는 NR' 2이고,
상기 R 9 및 R 10은 각각 독립적으로 나프탈렌(
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000025
,
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000026
), 피리딘(
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000027
) 또는 퓨란(
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000028
)이고,
상기 R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 50의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 50의 아릴기이고,
상기 n은 1 내지 50의 정수이다.
상기 화학 구조식 1 내지 3과 같이, 본 발명에 따른 단분자 화합물은 1,5-나프티리딘-2,6-다이온 구조를 포함하는 신규 단분자 화합물로서, 상기와 같은 화학 구조를 통해 고형광성 및 수용성의 특성을 가짐과 동시에 결정성이 우수하고 좋은 모폴로지를 가지기 때문에 높은 정공 이동도를 가진다. 따라서, 상기의 형광체 단분자 화합물을 이용하여, 우수한 광 발광 양자 효율과 정공 이동도를 가진 유기트랜지스터를 제조할 수 있다.
그리고, 상기의 형광체 단분자 화합물은 가시광선에 대한 높은 흡광도를 가지고, 강한 분자간 인력에 의해 초분자체의 형성이 용이하다. 이때, 초분자체의 구조를 제어하여 비표면적을 증가시킬 수 있기 때문에, 촉매 효율이 향상된 물 분해 수소 생산 광 촉매를 제조할 수 있다.
상기 화학 구조식 1 내지 3으로 표시되는 단분자 화합물은, 예를 들면 하기 화학식 1로 표시되는 6-메톡시-1,5-나프티리딘-2(1H)-온 화합물로부터 제조될 수 있다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000029
더 구체적으로, 본 발명의 단분자 화합물은 상기 화학식 1로 표시되는 6-메톡시-1,5-나프티리딘-2(1H)-온 화합물의 스틸레 커플링 반응을 통해 제조될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 본 발명의 단분자 화합물은 6-메톡시-1,5-나프티리딘-2(1H)-온으로부터 제조될 수 있는 메톡시기가 치환되지 않은 화합물로, 하기 화학식 2로 표시되는 1,5-나프티리딘-2,6-다이온을 통해서도 제조될 수도 있다.
[화학식 2]
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000030
상기 X 1 및 X 2 는 각각 독립적으로 O, S, Se, NH 또는 NR'이고, R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 26의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 32의 아릴기일 수 있다. 더 구체적인 예시에서, X 1 및 X 2 는 각각 독립적으로 O 또는 S일 수 있다.
또한, 상기 R 1, R 2, R 3, R 4, R 5, R 6, R 7 및 R 8은 각각 독립적으로 H, F, Cl, Br, I, 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기, -COOR', -(CH 2CH 2O) nCH 3 또는 NR' 2이고, R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 26의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 32의 아릴기일 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 R 1, R 2, R 3, R 4, R 5, R 6, R 7 및 R 8은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 46의 알킬기, 탄소수 1 내지 42의 알킬기, 탄소수 1 내지 38의 알킬기, 탄소수 1 내지 34의 알킬기, 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 탄소수 1 내지 26의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 22의 알킬기이거나, 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 탄소수 6 내지 44의 아릴기, 탄소수 6 내지 38의 아릴기, 탄소수 6 내지 32의 아릴기, 탄소수 6 내지 26의 아릴기 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴기 일 수 있다.
구체적인 예시에서, 상기 R 1, R 2, R 3, R 4, 및 R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 26의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 32의 아릴기일 수 있다.
한편, R 1, R 2, R 3, R 4, R 5, R 6, R 7 및 R 8은 본 발명에 따른 단분자의 친수 혹은 소수성 등의 물성을 결정할 수 있는 구성으로서, 적정 범위의 탄소수를 가지는 것이 바람직하다.
더 구체적인 예시에서, 상기 R 1 및 R 2 는 각각 독립적으로 탄소수 5 내지 14의 알킬기일 수 있고, 상기 R 3, R 4, R 5, R 6, R 7 및 R 8은 각각 독립적으로 탄소수 9 내지 22의 알킬기일 수 있다. 상기와 같은 범위 내에서, 목적하는 단분자 화합물의 물성을 조절하여, 형광체로써 형광 효율 및 정공 이동도를 제어할 수 있다. 즉, 유기트랜지스터 또는 물 분해 수소 생산 광 촉매의 효율을 증대시킬 수 있다.
상기 n은 1 내지 1,000의 정수이다. 더 구체적인 예시에서, 상기 n은 1 내지 800, 1 내지 700, 1 내지 600 또는 1 내지 500의 정수 일 수 있다.
상기 화학 구조식 1 내지 3과 같이, 본 발명에 따른 형광체 단분자 화합물은 수용성의 특성을 가짐과 동시에 태양광에 대한 우수한 광 흡수율과 낮은 구동 전압을 가진다. 또한, 결정성을 우수하기 때문에 높은 정공 이동도를 가진다. 하나의 예시에서, 상기 단분자 화합물은 300nm 내지 1,000nm의 파장 내 최대 흡광 파장에서의 광 발광 양자 효율(Photoluminescence quantum yield, PLQY)이 60 % 이상일 수 있고, 정공 이동도(hole mobility)가 0.76 cm 2/Vs 이상일 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 단분자 화합물을 포함하는 유기트랜지스터에 대한 것이다. 상기 유기트랜지스터는 높은 정공 이동도를 가져, 우수한 효율을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 트랜지스터는, 기판, 상기 기판의 상부에 형성되는 게이트 전극, 상기 게이트 전극의 상부에 형성되는 절연층, 상기 절연층의 상부에 형성되는 정공 전달층, 상기 정공 전달층의 상부에 형성되는 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하고, 상기 정공 전달층은 하기의 화학 구조식 1 내지 3 중 어느 하나로 표시되는 형광체 단분자 화합물을 포함할 수 있다.
[화학 구조식 1]
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000031
상기 화학 구조식 1 에서,
상기 X 1 및 X 2 는 각각 독립적으로 O, S, Se, NH 또는 NR'이고,
상기 R 1, R 2, R 3, R 4, R 5 및 R 6는 각각 독립적으로 H, F, Cl, Br, I, 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기, -COOR', -(CH 2CH 2O) nCH 3 또는 NR' 2이고,
상기 R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 50의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 50의 아릴기이고,
상기 n은 1 내지 50의 정수이다.
그리고, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 하기 화학 구조식 2로 표시되는 형광체 단분자 화합물이 제공된다.
[화학 구조식 2]
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000032
상기 화학 구조식 2 에서,
상기 R 1, R 2, R 3 및 R 4 는 각각 독립적으로 H, F, Cl, Br, I, 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기, -COOR', -(CH 2CH 2O) nCH 3 또는 NR' 2이고,
상기 R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 50의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 50의 아릴기이고,
상기 n은 1 내지 50의 정수이다.
그리고, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 하기 화학 구조식 3으로 표시되는 형광체 단분자 화합물이 제공된다.
[화학 구조식 3]
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000033
상기 화학 구조식 3 에서,
상기 R 1 및 R 2 는 각각 독립적으로 H, F, Cl, Br, I, 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기, -COOR', -(CH 2CH 2O) nCH 3 또는 NR' 2이고,
상기 R 9 및 R 10은 각각 독립적으로 나프탈렌(
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000034
,
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000035
), 피리딘(
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000036
) 또는 퓨란(
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000037
)이고,
상기 R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 50의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 50의 아릴기이고,
상기 n은 1 내지 50의 정수이다.
본 발명의 유기트랜지스터는 전술한 화학 구조식 1 내지 3 중 어느 하나로 표시되는 단분자 화합물을 정공 전달층 내 정공 전달 물질(hole transporting material)로 포함하여, 높은 정공 이동도를 가질 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 유기 트랜지스터(1)의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 유기트랜지스터(1)는 기판(100), 게이트 전극(110), 절연층(120), 정공 전달층(130), 소스전극 (140) 및 드레인전극(150)을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 유기 트랜지스터(1)는, 일 예로 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(100)의 상부에 게이트 전극(110), 절연층(120) 및 정공 전달층(130)이 적층된 구조를 가지고, 정공 전달층(130)의 상부에 소스전극(140) 및 드레인전극(140)이 서로 대향되어 배치될 수 있다. 정공 전달층(130)의 상부에 소스전극(140)과 드레인전극(150)이 형성되고, 하부에 게이트 전극(110)이 형성되는 탑 컨택트-바텀 게이트(top contact-bottom gate)의 구조를 가질 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 정공 전달층(130)은 상기 화학구조식 1 내지 3 중 어느 하나로 표시되는 형광체 단분자 화합물을 포함할 수 있다.
상기 화학 구조식 1 내지 3 중 어느 하나로 표시되는 형광체 단분자 화합물은 높은 평면성 및 우수한 결정성을 가지므로 정공 이동도가 우수하고, 형광효율이 좋기 때문에 넓은 영역의 파장을 구현할 수 있다. 따라서, 정공 전달층(130)은 전술한 화학 구조식 1 내지 3 중 어느 하나로 표시되는 형광체 단분자 화합물을 정공 전달 물질로 포함하여 낮은 구동 전압에서 우수한 정공 이동도(Hole mobility)를 가질 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 유기트랜지스터(1)는 0.7 cm 2 V -1s -1 이상의 정공 이동도(hole mobility)를 가질 수 있다. 상기 정공 이동도(hole mobility)의 상한값은, 예를 들면 2.76 cm 2 V -1s -1 일 수 있다.
한편, 본 발명은 상기 단분자 화합물을 포함하는 물 분해 수소 생산 광 촉매 시스템에 대한 것이다. 상기 물 분해 수소 생산 광 촉매 시스템은 가시광선에 대한 높은 흡광도를 가지고, 촉매 분자간의 강한 분자간 인력을 이용하여 초분자체를 형성함으로써 우수한 효율을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 물 분해 수소 생산 광 촉매 시스템은, 수용액 상에 광 촉매를 포함하며, 상기 광 촉매는 하기의 화학 구조식 1 내지 3 중 어느 하나로 표시되는 형광체 단분자 화합물을 포함할 수 있다.
[화학 구조식 1]
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000038
상기 화학 구조식 1 에서,
상기 X 1 및 X 2 는 각각 독립적으로 O, S, Se, NH 또는 NR'이고,
상기 R 1, R 2, R 3, R 4, R 5 및 R 6는 각각 독립적으로 H, F, Cl, Br, I, 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기, -COOR', -(CH 2CH 2O) nCH 3 또는 NR' 2이고,
상기 R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 50의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 50의 아릴기이고,
상기 n은 1 내지 50의 정수이다.
그리고, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 하기 화학 구조식 2로 표시되는 형광체 단분자 화합물이 제공된다.
[화학 구조식 2]
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000039
상기 화학 구조식 2 에서,
상기 R 1, R 2, R 3 및 R 4 는 각각 독립적으로 H, F, Cl, Br, I, 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기, -COOR', -(CH 2CH 2O) nCH 3 또는 NR' 2이고,
상기 R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 50의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 50의 아릴기이고,
상기 n은 1 내지 50의 정수이다.
그리고, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 하기 화학 구조식 3으로 표시되는 형광체 단분자 화합물이 제공된다.
[화학 구조식 3]
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000040
상기 화학 구조식 3 에서,
상기 R 1 및 R 2 는 각각 독립적으로 H, F, Cl, Br, I, 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기, -COOR', -(CH 2CH 2O) nCH 3 또는 NR' 2이고,
상기 R 9 및 R 10은 각각 독립적으로 나프탈렌(
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000041
,
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000042
), 피리딘(
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000043
) 또는 퓨란(
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000044
)이고,
상기 R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 50의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 50의 아릴기이고,
상기 n은 1 내지 50의 정수이다.
도 2는 본 발명에 따른 물 분해 수소 생산 광촉매 시스템(2)의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 물 분해 수소 생산 광 촉매 시스템(2)은 수용액(220) 및 광 촉매(240)를 포함할 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 광 촉매(240)는 상기 화학 구조식 1 내지 3 중 어느 하나로 표시되는 형광체 단분자 화합물을 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면 수용액(220) 상의 광 촉매(240)는 외부에서 들어오는 태양광에서 가시광선을 흡수하여 물(H 2O)을 수소가스(H 2)으로 분해한다. 이때, 전술한 바와 같이, 형광체 단분자 화합물은 가시광선에 대한 흡광도가 우수하기 때문에, 이를 포함한 광 촉매(240)를 이용하여 물 분해 수소 생산 광 촉매 시스템를 제조할 수 있다.
상기 화학 구조식 1 내지 3 중 어느 하나로 표시되는 형광체 단분자 화합물은 가시광에 대한 흡광도가 우수하여 흡광 효율이 좋다. 즉, 태양광에 대한 촉매 활성이 우수하다. 또한, 상기 화학 구조식 1 내지 3 중 어느 하나로 표시되는 형광체 단분자 화합물은 강한 분자간 인력을 형성하여 초분자체를 형성할 수 있다. 초분자체의 구조를 제어하면 비표면적을 조절할 수 있어 충분한 반응 영역(site)를 제공할 수 있다. 즉, 상기 화학 구조식 1 내지 3 중 어느 하나로 표시되는 형광체 단분자 화합물를 포함하여, 물 분해 수소 생산 광 촉매 시스템의 효율을 향상시킬 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 이해를 돕기 위한 제조예 및 실시예들을 설명한다. 다만, 하기의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명의 실시예들이 아래의 실시예들만으로 한정되는 것은 아니다.
형광체 단분자 화합물의 제조
합성예 1. 1,5-나프티리딘-2,6-다이온 구조체 포함 신규 단분자 화합물의 합성(oct-NTD, oct-NTD-2Br)
하기 합성 메커니즘 1에 따라 합성하여, 최종적으로 형광체로 사용될 수 있는 단분자 화합물(oct-NTD, oct-NTD-2Br)을 합성하였다.
[합성 메커니즘 1]
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000045
6-메톡시-5-하이드로-1-옥틸-1,5-나프티리딘-2(1H)-온(6-methoxy-5-hydro-1-octyl-1,5-naphthyridin-2(1H)-one) (1)의 합성
6-메톡시-1,5-나프티리딘-2(1H)-온(6-methoxy-1,5-naphthyridin-2(1H)-one, 16 g, 90.8 mmol), 세슘카보네이트(Cesium carbonate, 32.6g, 100 mmol) 및 1-브로모옥탄(1-bromooctane, 23.5 mL, 136 mmol)을 160 mL의 디메틸설폭사이드(Dimethyl sulfoxide, DMSO) 용매에 녹이고 60°C 에서 교반하여 24시간 정도 둔다. 온도를 상온으로 내리고, 에틸 아세테이트(EA)와 물로 유기물을 추출하고 용매를 진공에서 제거한다. 그리고, 실리카겔 컬럼으로 정제하여 노란색 고체를 얻는다. (11.1 g, yield = 43%)
1-옥틸-5-하이드로-1,5-나프티리딘-2,6-다이온(1-octyl-5-hydro-1,5-naphthyridine-2,6-dione) (2)의 합성
물질 (1) (11.1 g, 38.5 mmol)을 48 %의 HBr 수용액(80 mL)에 녹이고 80°C 에서 교반하여 2시간동안 둔다. 온도를 상온으로 내린 후, pH를 7로 맞춰준 후 생성된 침전물을 n-헥산(n-hexane)으로 씻어주면서 필터하고, 이를 진공 건조하여 노란색 파우더를 얻는다. (9.52 g, yield = 90%)
1,5-디옥틸-1,5-나프티리딘-2,6-다이온(1,5-dioctyl-1,5-naphthyridine-2,6-dione) (oct-NTD, 제조예 1)의 합성
물질 (2) (4.5 g, 16.4 mmol), 세슘카보네이트(Cesium carbonate, 5.88 g, 18.0 mmol) 및 1-브로모옥탄(1-bromooctane, 42.5 mL, 246 mmol)을 500 mL의 톨루엔(Toluene)에 녹이고, 130°C 에서 교반하여 24시간 둔다. 온도를 상온으로 내린 후, 에틸 아세테이트(EA)와 물로 유기물을 추출하고 용매는 진공에서 제거하고, 실리카겔 컬럼으로 정제하여 노란색 고체를 얻는다. (2.06 g, yield = 33%)
3,7-디브로모-1,5-디옥틸-1,5-나프티리딘-2,6-다이온(3,7-dibromo-1,5-dioctyl-1,5-naphthyridine-2,6-dione)의 합성 (oct-NTD-2Br, 제조예 2)
Oct-NTD (1 g, 2.59 mmol)과 N-브로모숙신이미드(N-bromosuccinimide, NBS, 1.29 g, 7.24 mmol)를 아세트산(AA) (50 mL) 에 녹이고 90°C 에서 교반하여 24시간 둔다. 온도를 상온으로 내린 후 용매는 진공에서 제거하며, 실리카겔 컬럼으로 (MC:MeOH = 99:1, v/v) 노란색 파우더를 얻는다. (0.97 g, yield = 69%)
상기 합성 메커니즘 1에 따라 제조된 중간생성물인 oct-NTD(제조예 1)와 oct-NTD-2Br(제조예 2)을 이용하여 다양한 형광체 단분자 화합물을 합성한다.
형광체 단분자 화합물 oct-NTDT [1,5-dioctyl-3,7-di(thiophen-2-yl)-1,5-naphthyridine-2,6-dione, 제조예 3]의 합성
형광체 단분자 화합물 oct-NTDT(제조예 3)는 하기의 화학 반응식 1과 같이 상기 oct-NTD-2Br(제조예 2)를 이용하여 합성한다.
[화학 반응식 1]
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000046
Oct-NTD-2Br (0.17 g, 0.30 mmol), 2-(트리뷰틸스탄닐)싸이오펜[2-(tributylstannyl)thiophene] (0.28 mL, 0.89 mmol) 및 Pd(PPh 3) 4 (0.017 g, 0.05 mmol)을 10 mL의 디메틸포름아마이드(DMF)에 녹이고, 130 ℃에서 교반하여 24시간동안 둔다. 온도를 상온으로 내린 후 얻어진 주황색 파우더를 메탄올(MeOH)로 씻어주면서 필터로 얻는다. 이를 플래시 실리카겔 칼럼으로 정제하고, 에틸 아세테이트(EA)에서 재결정하여 주황색 고체를 얻는다. (0.12 g, yield = 74 %)
형광체 단분자 화합물 oct-NTDT-2Br[3,7-bis(5-bromothiophen-2-yl)-1,5-dioctyl-1,5-naphthyridine-2,6-dione, 제조예 4]의 합성
형광체 단분자 화합물 oct-NTDT-2Br(제조예 4)는 하기 화학 반응식 2와 같이 상기 oct-2NTDT(제조예 3)을 이용하여 합성한다.
[화학 반응식 2]
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000047
oct-NTDT (0.25 g, 0.45 mmol)과 N-브로모숙신이미드(N-bromosuccinimide, NBS) (0.19 g, 1.04 mmol)을 25 mL의 클로로포름(CHCl 3)에 녹이고, 상온에서 교반하여 24시간동안 둔다. 이를 실리카겔 칼럼으로 정제하여 붉은색 고체를 얻는다. (0.17 g, yield = 53%)
형광체 단분자 화합물 oct-NTDTP-NPh 2 [3,7-bis(5-(4-(diphenylamino)phenyl)thiophen-2-yl)-1,5-dioctyl-1,5-naphthyridine-2,6-dione, 제조예 5]의 합성
형광체 단분자 화합물 oct-NTDTP-NPh 2(제조예 5)는 하기의 화학 반응식 3과 같이 상기 oct-NTDT-2Br(제조예 4)를 이용하여 합성한다.
[화학 반응식 3]
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000048
oct-NTDT-2Br (0.1 g, 0.14 mmol), 4-(diphenylaminophenyl)boronic acid (0.12 g, 0.42 mmol), Pd(PPh 3) 4 (16 mg, 0.014 mmol) 그리고 1 M K 2CO 3 수용액 (2 mL)을 8 mL의 tetrahydrofuran (THF)에 넣고 75℃에서 교반하여 24시간 둔다. 상온으로 내린 후 ethyl acetate (EA)와 물로 유기물을 추출하여 용매를 진공으로 제거한다. 실리카겔 컬럼으로 자주색 고체를 얻는다. (0.011 g, yield = 8%)
형광체 단분자 화합물 oct-NTDTT[3,7-di((2,2'-bithiophe)-5-yl)-1,5-dioctyl-1,5-naphthyridine-2,6-dione, 제조예 6]의 합성
형광체 단분자 화합물 oct-NTDTT(제조예 6)는 하기의 화학 반응식 4와 같이 상기 oct-NTD-2Br(제조예 2)를 이용하여 합성한다.
[화학 반응식 4]
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000049
Oct-NTD-2Br (0.1 g, 0.18 mmol), 2-[(2,2'-바이싸이오펜)-5-일]-4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-디옥사보로래인[2-[(2,2'-bithiophen)-5-yl]-4,4,5,5-tetramethyl -1,3,2-dioxaborolane] (0.16 g, 0.55 mmol), Pd(PPh 3) 4 (0.021 g, 0.018 mmol) 및 1 M 농도의 K 2CO 3 수용액 2 mL를 8 mL의 테트라하이드로퓨란(THF)에 넣고 75 ℃에서 교반하여 24시간 동안 둔다. 온도를 상온으로 내린 후 에틸 아세테이트(EA)와 물로 유기물을 추출하고, 용매를 진공에서 제거한다. 이를 실리카겔 칼럼으로 정제하여 자주색 고체를 얻는다. (0.077 g, yield = 60%)
형광체 단분자 화합물 oct-NTDP(1.5-dioctyl-3,7-diphenyl-1,5-naphthyridine-2,6-dione, 제조예 7)의 합성
형광체 단분자 화합물 oct-NTDP(제조예 7)는 하기의 화학 반응식 5와 같이 상기 oct-NTD-2Br(제조예 2)를 이용하여 합성한다.
[화학 반응식 5]
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000050
Oct-NTD-2Br (0.1 g, 0.18 mmol), 페닐보로닉산(phenylboroic acid) (0.067 g, 0.55 mmol), Pd(PPh 3) 4 (0.021 g, 0.018 mmol) 및 1 M 농도의 K 2CO 3 수용액 2 mL를 8 mL의 테트라하이드로퓨란(THF)에 넣고 75 ℃에서 교반하여 24시간 동안 둔다. 온도를 상온으로 내린 후 에틸 아세테이트(EA)와 물로 유기물을 추출하고, 용매를 진공에서 제거한다. 이를 실리카겔 칼럼으로 정제하여 노란색 고체를 얻는다. (0.073 g, yield = 74%)
형광체 단분자 화합물 oct-NTDP-2Br[3,7-bis(4-bromophenyl)-1,5-dioctyl-1,5-naphthyridine-2,6-dione, 제조예 8]의 합성
형광체 단분자 화합물 oct-NTDP-2Br(제조예 8)는 하기의 화학 반응식 6과 같이 상기 oct-NTD(제조예 1)를 이용하여 합성한다.
[화학 반응식 6]
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000051
oct-NTD (0.1 g, 0.26 mmol), 4-브로모페닐하이드라진 하이드로클로라이드(4-bromophenylhydrazine hydrochloride) (0.14 g, 0.62 mmol) 및 K 2CO 3 (0.21 g, 1.55 mmol)을 15 mL의 DMSO에 넣고 상온에서 교반하여 24시간동안 둔다. 그리고, 에틸 아세테이트(EA)와 물로 유기물을 추출하고, 용매를 진공에서 제거한다. 이를 실리카겔 칼럼으로 정제하여 노란색 고체를 얻는다. (0.022 g, yield = 12%)
형광체 단분자 화합물 oct-NTDP-OMe[3,7-bis(4-methoxyphenyl)- 1,5-dioctyl-1,5-naphthyridine-2,6-dione, 제조예 9]의 합성
형광체 단분자 화합물 oct-NTDP-OMe(제조예 9)는 하기의 화학 반응식 7과 같이 상기 oct-NTD-2Br(제조예 2)를 이용하여 합성한다.
[화학 반응식 7]
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000052
Oct-NTD-2Br (0.1 g, 0.18 mmol), 4-메톡시페닐보로닉산(4-methoxyphenylboronic acid) (0.084 g, 0.55 mmol), Pd(PPh 3) 4 (0.021 g, 0.018 mmol) 및 1 M 농도의 K 2CO 3 수용액 2 mL를 8 mL의 테트라하이드로퓨란(THF)에 넣고 75 ℃에서 교반하여 24시간 동안 둔다. 온도를 상온으로 내린 후 에틸 아세테이트(EA)와 물로 유기물을 추출하고, 용매를 진공에서 제거한다. 이를 실리카겔 칼럼으로 정제하여 노란색 고체를 얻는다. (0.90 g, yield = 83%)
형광체 단분자 화합물 oct-NTDP-NMe 2[3,7-bis(4-(dimethylamino)phenyl)-1,5-dioctyl-1,5-naphthyridine-2,6-dione, 제조예 10]의 합성
형광체 단분자 화합물 oct-NTDP-NMe 2(제조예 10)는 하기의 화학 반응식 8과 같이 상기 oct-NTD-2Br(제조예 2)를 이용하여 합성한다.
[화학 반응식 8]
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000053
Oct-NTD-2Br (0.1 g, 0.18 mmol), 4-(디메틸아미노페닐)보로닉산(4-(dimethylaminophenyl)boronic acid) (0.091 g, 0.55 mmol), Pd(PPh 3) 4 (0.021 g, 0.018 mmol) 및 1 M 농도의 K 2CO 3 수용액 2 mL를 8 mL의 테트라하이드로퓨란(THF)에 넣고 75 ℃에서 교반하여 24시간 동안 둔다. 온도를 상온으로 내린 후 에틸 아세테이트(EA)와 물로 유기물을 추출하고, 용매를 진공에서 제거한다. 이를 실리카겔 칼럼으로 정제하여 노란색 고체를 얻는다. (0.086 g, yield = 76%)
형광체 단분자 화합물 oct-NTDP-NPh 2[3,7-bis(4-(diphenylamino)phenyl)-1,5-dioctyl-1,5-naphthyridine-2,6-dione, 제조예 11]의 합성
형광체 단분자 화합물 oct-NTDP-NPh 2(제조예 11)는 하기의 화학 반응식 9와 같이 상기 oct-NTD-2Br(제조예 2)를 이용하여 합성한다.
[화학 반응식 9]
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000054
Oct-NTD-2Br (0.1 g, 0.18 mmol), 4-(디페닐아미노페닐)보로닉산(4-(diphenylaminophenyl)boronic acid) (0.16 g, 0.55 mmol), Pd(PPh 3) 4 (0.021 g, 0.018 mmol) 및 1 M 농도의 K 2CO 3 수용액 2 mL를 8 mL의 테트라하이드로퓨란(THF)에 넣고 75 ℃에서 교반하여 24시간 동안 둔다. 온도를 상온으로 내린 후 에틸 아세테이트(EA)와 물로 유기물을 추출하고, 용매를 진공에서 제거한다. 이를 실리카겔 칼럼으로 정제하여 노란색 고체를 얻는다. (0.12 g, yield = 76%)
형광체 단분자 화합물 oct-NTDN1[3,7-di(naphthalen-1-yl)-1,5-dioctyl-1,5-naphthyridine-2,6-dione, 제조예 12]의 합성
형광체 단분자 화합물 oct-NTDN1(제조예 12)는 하기의 화학 반응식 10과 같이 상기 oct-NTD-2Br(제조예 2)를 이용하여 합성한다.
[화학 반응식 10]
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000055
Oct-NTD-2Br (0.2 g, 0.37 mmol), 나프탈렌-1-일-보로닉산(naphthalen-1-yl-boronic acid) (0.19 g, 1.10 mmol), Pd(PPh 3) 4 (0.042 g, 0.037 mmol) 및 1 M 농도의 K 2CO 3 수용액 6 mL를 24 mL의 테트라하이드로퓨란(THF)에 넣고 75 ℃에서 교반하여 24시간 동안 둔다. 온도를 상온으로 내린 후 에틸 아세테이트(EA)와 물로 유기물을 추출하고, 용매를 진공에서 제거한다. 이를 실리카겔 칼럼으로 정제하여 노란색 고체를 얻는다. (0.14 g, yield = 58%)
형광체 단분자 화합물 oct-NTDN2[3,7-di(naphthalen-2-yl)-1,5-dioctyl-1,5-naphthyridine-2,6-dione, 제조예 13]의 합성
형광체 단분자 화합물 oct-NTDN2(제조예 13)는 하기의 화학 반응식 11과 같이 상기 oct-NTD-2Br(제조예 2)를 이용하여 합성한다.
[화학 반응식 11]
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000056
Oct-NTD-2Br (0.2 g, 0.37 mmol), 나프탈렌-2-일-보로닉산(naphthalen-2-yl-boronic acid) (0.19 g, 1.10 mmol), Pd(PPh 3) 4 (0.042 g, 0.037 mmol) 및 1 M 농도의 K 2CO 3 수용액 6 mL를 24 mL의 테트라하이드로퓨란(THF)에 넣고 75 ℃에서 교반하여 24시간 동안 둔다. 온도를 상온으로 내린 후 에틸 아세테이트(EA)와 물로 유기물을 추출하고, 용매를 진공에서 제거한다. 이를 실리카겔 칼럼으로 정제하여 노란색 고체를 얻는다. (0.18 g, yield = 78%)
형광체 단분자 화합물 oct-NTDPy[3,7-di(pyridin-4-yl) -1,5-dioctyl-1,5-naphthyridine-2,6-dione, 제조예 14]의 합성
형광체 단분자 화합물 oct-NTDPy(제조예 14)는 하기의 화학 반응식 12와 같이 상기 oct-NTD-2Br(제조예 2)를 이용하여 합성한다.
[화학 반응식 12]
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000057
Oct-NTD-2Br (0.2 g, 0.37 mmol), 피리딘-4-일-보로닉산(pyridin-4-yl-boronic acid) (0.135g, 1.10 mmol), Pd(PPh 3) 4 (0.042 g, 0.037 mmol) 및 1.11 g의 K 2CO 3을 8 mL의 에탄올와 24 mL의 톨루엔에 넣고 70 ℃에서 교반하여 24시간 동안 둔다. 온도를 상온으로 내린 후 에틸 아세테이트(EA)와 물로 유기물을 추출하고, 용매를 진공에서 제거한다. 이를 실리카겔 칼럼으로 정제하여 주황색 고체를 얻는다. (0.15 g, yield = 76%)
형광체 단분자 화합물 oct-NTDF[3,7-di(furan-2-yl) -1,5-dioctyl-1,5-naphthyridine-2,6-dione, 제조예 15]의 합성
형광체 단분자 화합물 oct-NTDF(제조예 15)는 하기의 화학 반응식 13과 같이 상기 oct-NTD-2Br(제조예 2)를 이용하여 합성한다.
[화학 반응식 13]
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000058
Oct-NTD-2Br (0.2 g, 0.37 mmol), 2-(트리뷰틸스타닐)퓨란(2-Tributylstannyl)furan) (0.39g, 1.10 mmol), Pd(PPh 3) 4 (0.042 g, 0.037 mmol)를 5 mL의 DMF에 넣고 130 ℃에서 교반하여 24시간 동안 둔다. 온도를 상온으로 내린 후 에틸 아세테이트(EA)와 물로 유기물을 추출하고, 용매를 진공에서 제거한다. 이를 실리카겔 칼럼으로 정제하여 주황색 고체를 얻는다. (0.14 g, yield = 73%)
합성예 2. 1,5-나프티리딘-2,6-다이온 구조체 포함 신규 단분자 화합물의 합성(TEG-NTD, TEG-NTD-2Br)
하기 합성 메커니즘 2에 따라 합성하여, 최종적으로 형광체로 사용될 수 있는 단분자 화합물(oct-NTD, oct-NTD-2Br)을 합성하였다.
[합성 메커니즘 2]
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000059
상세합성 방법
1,5-하이드로-1,5-나프티리딘-2,6-다이온(1,5-hydro-1,5-naphthyridin-2,6-dione) (3)의 합성
6-메톡시-1,5-나프티리딘-2(1H)-온(6-methoxy-1,5-naphthyridin-2(1H)-one, 5 g, 28.4 mmol)을 48 %의 HBr 수용액 100 mL에 녹이고, 80°C 에서 교반하여 2시간 동안 둔다. 온도를 상온으로 내리고, pH를 7로 맞춰준 후 생성된 침전물을 n-헥산(n-hexane)으로 씻어주면서 필터하고, 이를 진공 건조하여 베이지색 고체를 얻는다. (4.43 g, yield = 96%)
1,5-비스(2-(2-(2-메톡시에톡시)에톡시)에틸)-1,5-나프티리딘-2,6다이온[1,5-bis(2-(2-(2-methoxyethoxy)ethoxy)ethyl)-1,5-naphthyridine-2,6- dione] (TEG-NTD, 제조예 16)의 합성
물질 (3) (1 g, 6.17 mmol), 2-(2-(2-메톡시에톡시)에톡시)에틸-4-메틸벤젠설포네이트[2-(2-(2-methoxyethoxy)ethoxy)ethyl-4-methylbenzenesulfonate] (9.82 g, 30.8 mmol) 및 세슘카보네이트(Cesium carbonate, 4.42 g, 13.6 mmol)을 500 mL의 톨루엔(Toluene)에 녹이고, 130°C 에서 교반하여 24시간 동안 둔다. 온도를 상온으로 내린 후, 에틸 아세테이트(EA)와 물로 유기물을 추출하고 용매는 진공에서 제거하고, 실리카겔 컬럼으로 정제하여 노란색 고체를 얻는다. (0.19 g, yield = 7%)
3,7-디브로모-1,5-디옥틸-1,5-나프티리딘-2,6-다이온[3,7-dibromo-1,5-bis(2-(2-(2-methoxyethoxy)ethoxy)ethyl)- 1,5-naphthyridine-2,6- dione]의 합성 (TEG-NTD-2Br, 제조예 17)
TEG-NTD (0.14 g, 0.31 mmol)와 N-브로모숙신이미드(N-bromosuccinimide, NBS) 0.15 g, 0.86 mmol)를 아세트산(AA) (10 mL) 에 녹이고 90°C 에서 교반하여 24시간 동안 둔다. 온도를 상온으로 내린 후 용매는 진공에서 제거하며, 실리카겔 컬럼으로 (MC:MeOH = 99:1, v/v) 노란색 파우더를 얻는다. (0.055 g, yield = 29%)
형광체 단분자 화합물 TEG-NTDT [1,5-bis(2-(2-(2-methoxyethoxy)ethoxy)ethyl)-3,7-di(thiophen-2-yl)-1,5-naphthyridine-2,6-dione, 제조예 18]의 합성
형광체 단분자 화합물 TEG-NTDT(제조예 18)는 하기의 화학 반응식 14와 같이 상기 TEG-NTD-2Br(제조예 17)를 이용하여 합성한다.
[화학 반응식 14]
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000060
TEG-NTD-2Br (0.050 g, 0.082 mmol), 2-(트리뷰틸스탄닐)싸이오펜[2-(tributylstannyl)thiophene] (0.078 mL, 0.25 mmol) 및 Pd(PPh 3) 4 (0.094 g, 0.0082 mmol)을 10 mL의 디메틸포름아마이드(DMF)에 녹이고, 130 ℃에서 교반하여 24시간동안 둔다. 온도를 상온으로 내린 후 에틸 아세테이트(EA)와 물로 유기물을 추출하고, 용매를 진공에서 제거한다. 이를 실리카겔 칼럼으로 정제하여 주황색 고체를 얻는다. (0.028 g, yield = 55%)
하기의 표 1은 상기의 합성에 따라 제조된 다양한 형광체 단분자 화합물을 나타낸다.
제조예 1 제조예 2
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000061
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000062
제조예 3 제조예 4
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000063
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000064
제조예 5 제조예 6
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000065
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000066
제조예 7 제조예 8
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000067
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000068
제조예 9 제조예 10
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000069
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000070
제조예 11 제조예 12
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000071
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000072
제조예 13 제조예 14
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000073
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000074
제조예 15 제조예 16
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000075
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000076
제조예 17 제조예 18
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000077
Figure PCTKR2019003987-appb-img-000078
이하에서는, 상기 제조된 형광체 단분자 화합물의 형광 특성 실험과 유기 트랜지스터 소자 및 물 산화 광촉매로의 성능 평가에 대하여 설명한다.
실험예 1. 형광체 단분자 화합물의 형광 특성 실험
상기 합성된 형광체 단분자 화합물인 제조예 1 내지 제조예 18에 따른 단분자 화합물의 형광 특성 실험을 수행한다. 제조예 1 내지 15의 화합물을 각각 10 -3 M 농도의 클로로포름(CHCl 3)로 스토크 용액(stock solution)을 제조하고, 10 -5 M 농도로 묽힌 CHCl 3 용액 샘플들을 제조한다. 상기 제조된 샘플들을 cuvette에 넣고, 자외선/가시광선 분광기(UV/Vis spectroscopy)를 이용하여 흡수 스펙트럼을 측정한다. 상기 측정된 흡수 스펙트럼 결과를 도 3에 도시하였다.
그리고, 제조예 1 내지 제조예 18의 화합물을 광 발광 분광기(Photoluminescence spectroscopy)로 광 발광 양자 효율(Photoluminescence quantum yield, PLQY)을 측정한다. 상기 측정된 결과를 하기의 표 2에 도시하였다. 이때, 제조예 16 내지 제조예 18의 경우, 수용액에서와 CHCl 3 상에서 각각 양자효율을 측정한다.
광 발광 양자 효율(Φ relative)
제조예 1 0.88
제조예 2 0.95
제조예 3 1
제조예 4 0.94
제조예 5 1
제조예 6 0.42
제조예 7 1
제조예 8 1
제조예 9 1
제조예 10 0.82
제조예 11 1
제조예 12 0.25
제조예 13 0.64
제조예 14 1
제조예 15 0.65
광 발광 양자 효율(Φ absolute),In H 2O 광 발광 양자 효율(Φ absolute),In CHCl 3
제조예 16 1 0.98
제조예 17 0.97 0.95
제조예 18 1 0.98
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 형광체 단분자 화합물의 광 흡수 스펙트럼을 나타내는 그래프이다. 도 3의 (a)는 상기 제조예들의 흡수 스펙트럼을, 도 3의 (b)는 발광 스펙트럼, 도 3의 (c)는 평균화된 스펙트럼을 도시하고 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제조예에 따른 형광체 단분자 화합물들은 넓은 파장대의 범위에서 우수한 흡광 스펙트럼을 보이는 것을 알 수 있다.
그리고 상기 [표 2]에 도시된 바와 같이, 광 발광 양자효율도 우수한 수치를 가진다.
실험예 2. 유기 트랜지스터 소자의 성능 평가 실험
상기 제조예 3, 6, 7, 12, 13 및 15에 따른 형광체 단분자 화합물로 반도체층을 형성하여 제조된 p-type의 유기 트랜지스터 소자의 성능 평가 실험을 수행한다.
실리콘(SiO 2/Si) 기판을 아세톤(Acetone), 이소프로판올(Isopropanol)에서 소니케이션(sonication)하여 세척하고, UV-오존으로 20분간 처리한다. 그리고, 기판의 실리콘(SiO 2)층 표면을 기체상태의 옥타데실트리클로로실란(Octadecyltrichlorosilane, OTS)으로 처리하고, 글로브박스로 옮겨서 제조예 3의 화합물을 고진공(10 -6 ~ 10 -5 torr)상태에서 열증착한다. 다음으로 고진공 상태에서 금(Au)을 열증착하여 소스전극과 드레인전극을 형성하여 Top contact-bottom gate 구조의 p-type 유기 전계 효과 트랜지스터(Organic field-effect transistor, OFET) 소자를 제조한다. 제조된 트랜지스터 소자의 saturation region에서 정공 이동도를 측정하고, 그 결과를 도 4, 5 및 하기의 [표 3]에 도시하였다.
물질 온도(T sub) 평균 정공 이동도(μ p, avg) 최대 정공 이동도(μ p, max)
제조예 3(oct-NTDT) 110℃ 1.08 cm 2/Vs 2.76 cm 2/Vs
제조예 6(oct-NTDTT) 70 ℃ 0.086 cm 2/Vs 0.17 cm 2/Vs
제조예 7(oct-NTDP) 25 ℃ 0.12 cm 2/Vs 0.34 cm 2/Vs
제조예 12(oct-NTDN1) 70 ℃ 0.12 cm 2/Vs 0.30 cm 2/Vs
제조예 13(oct-NTDN2) 70 ℃ 0.022 cm 2/Vs 0.036 cm 2/Vs
제조예 15(oct-NTDF) 25 ℃ 0.0097 cm 2/Vs 0.018 cm 2/Vs
도 4 및 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 트랜지스터의 성능 평가 결과를 나타내는 그래프이다. 도 4의 (a) 내지 (f)는 각각 제조예 3, 6, 7, 12, 13 및 15에 따른 형광체 단분자 화합물을 이용한 유기 트랜지스터의 전달 곡선(Tranfer curve)을, 도 5의 (a) 내지 (c)는 각각 제조예 3, 7 및 15에 따른 유기 트랜지스터의 출력 곡선(Output curve)을 나타낸다.
도 4 및 5를 참조하면, 상기 제조예들에 따른 유기 트랜지스터는 온-오프 비율(On-off ratio)이 큰 값을 가지는 것을 알 수 있다. 그리고, 게이트 전압(Vg)에 따른 곡선의 형태가 비교적 선형이고, 소량의 전압만으로도 유기 트랜지스터에 전류가 흐를 수 있음을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 형광체 단분자 화합물을 이용한 유기 트랜지스터는 성능이 우수함을 알 수 있다.
실험예 3. 물 분해 수소 생산 광 촉매 활성 평가 실험
상기 제조예 3에 따른 형광체 단분자 화합물을 수소 생산용 물 분해 수소 생산 광 촉매로 사용하여 광 촉매의 활성 평가 실험을 수행한다.
상기 제조예 3의 화합물 2 mg을 수소 생산용 바이얼(vial) 내의 물/THF (6:4, v/v) 공용매에 녹이고, 전자 공여체인 트리에틸아민(Triethylamine) 0.5 mL를 첨가한다. 바이얼 내부를 아르곤(Ar) 가스로 치환한 후, 300 W 제논램프(Xenon lamp)에 400 nm의 long pass 필터를 장착하여 UV 영역이 제거된 빛을 조사한다. 이때, 바이얼 내의 수소 발생량을 1시간 마다 측정한다. 그리고, 제조예 3의 화합물 대신 g-CN 파우더를 넣은 것을 제외하고는 동일한 조건으로 수소 발생량을 측정하여 그 결과를 도 6에 도시하였다.
도 6은 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 물 분해 수소 생산 광 촉매 시스템에서 수소기체의 생성율을 나타내는 그래프이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 형광체 단분자 화합물을 물 산화 광 촉매로 사용한 경우, g-CN 파우더인 경우보다 수소 발생량이 큰 것을 알 수 있다.
효율적인 광 촉매 재료로 사용하기 위해서는 가시광선에 대한 흡광도가 높아야 하고, 넓은 비표면적을 가져 촉매 반응이 일어날 수 있는 반응점(site)를 제공해야 한다.
종래의 물 분해 수소 생산 광 촉매로 사용된 g-CN의 경우, 600℃ 내지 700℃에서 소성하여 제조하기 때문에, 특성의 제어가 어려운 단점이 있다. 반면에, 본 발명에 따른 형광체 단분자 화합물은 상기 실험예 1에 설명한 바와 같이 가시광선에 대한 흡광도가 높다. 또한, 분자간 인력이 강하기 때문에 초분자체를 쉽게 형성할 수 있고, 이때 구조를 제어하여 비표면적을 증가시킬 수 있다. 물에 잘 녹는 형광체 단분자 화합물의 용해도를 조절하여 분자 간 파이-파이 인력(π-π interaction)을 제어하여 비표면적이 큰 결정구조를 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 단분자 화합물은 물 분해 수소 생산 광 촉매로 사용되어 우수한 성능을 가질 수 있다.
이상과 같이, 실험예 1 내지 3을 참조하면, 상기 화학 구조식 1 내지 3으로 표시되는 형광체 단분자 화합물은, 우수한 흡광 스펙트럼을 가지고, 유기트랜지스터 또는 물 분해 수소 생산 광 촉매로도 효율이 우수한 것을 알 수 있다.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.
이상과 같이, 본 발명은 1,5-나프티리딘-2,6-다이온 구조를 포함하는 수용성 단분자 화합물로, 넓은 파장의 빛을 낼 수 있고, 형광 효율이 우수한 형광체를 제공할 수 있다는 점에서 산업상 이용이 매우 유용하다고 할 수 있다.
또한, 단분자 화합물을 이용하여 유기 트랜지스터 및 물 분해 수소 생산 광 촉매 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다는 점에서 산업상 이용이 매우 유용하다고 할 수 있다.

Claims (13)

  1. 하기 화학 구조식 1로 표시되는 형광체 단분자 화합물.
    [화학 구조식 1]
    Figure PCTKR2019003987-appb-img-000079
    상기 화학 구조식 1 에서,
    상기 X 1 및 X 2 는 각각 독립적으로 O, S, Se, NH 또는 NR'이고,
    상기 R 1, R 2, R 3, R 4, R 5 및 R 6는 각각 독립적으로 H, F, Cl, Br, I, 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기, -COOR', -(CH 2CH 2O) nCH 3 또는 NR' 2이고,
    상기 R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 50의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 50의 아릴기이고,
    상기 n은 1 내지 50의 정수이다.
  2. 하기 화학 구조식 2로 표시되는 형광체 단분자 화합물.
    [화학 구조식 2]
    Figure PCTKR2019003987-appb-img-000080
    상기 화학 구조식 2 에서,
    상기 R 1, R 2, R 7 및 R 8 는 각각 독립적으로 H, F, Cl, Br, I, 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기, -COOR', -(CH 2CH 2O) nCH 3 또는 NR' 2이고,
    상기 R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 50의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 50의 아릴기이고,
    상기 n은 1 내지 50의 정수이다.
  3. 하기 화학 구조식 3으로 표시되는 형광체 단분자 화합물.
    [화학 구조식 3]
    상기 화학 구조식 3 에서,
    상기 R 1 및 R 2 는 각각 독립적으로 H, F, Cl, Br, I, 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기, -COOR', -(CH 2CH 2O) nCH 3 또는 NR' 2이고,
    상기 R 9 및 R 10은 각각 독립적으로 나프탈렌(
    Figure PCTKR2019003987-appb-img-000082
    ,
    Figure PCTKR2019003987-appb-img-000083
    ), 피리딘(
    Figure PCTKR2019003987-appb-img-000084
    ) 또는 퓨란(
    Figure PCTKR2019003987-appb-img-000085
    )이고,
    상기 R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 50의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 50의 아릴기이고,
    상기 n은 1 내지 50의 정수이다.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 R 1, R 2, R 3, R 4, R 5, R 6 및 R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 26의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 32의 아릴기인, 형광체 단분자 화합물.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 R 1, R 2, R 7, R 8, 및 R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 26의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 32의 아릴기인, 형광체 단분자 화합물.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 R 1, R 2 및 R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 26의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 32의 아릴기인, 형광체 단분자 화합물.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 R 1 및 R 2 는 각각 독립적으로 탄소수 5 내지 14의 알킬기인, 형광체 단분자 화합물.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 R 1 및 R 2 는 각각 독립적으로 탄소수 5 내지 14의 알킬기인, 형광체 단분자 화합물.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 R 1 및 R 2 는 각각 독립적으로 탄소수 5 내지 14의 알킬기인, 형광체 단분자 화합물.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 R 3, R 4, R 5 및 R 6 은 각각 독립적으로 탄소수 9 내지 22의 알킬기인, 형광체 단분자 화합물.
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 R 7 및 R 8 는 각각 독립적으로 탄소수 9 내지 22의 알킬기인, 형광체 단분자 화합물.
  12. 기판;
    상기 기판의 상부에 형성되는 게이트 전극;
    상기 게이트 전극의 상부에 형성되는 절연층;
    상기 절연층의 상부에 형성되는 정공 전달층;
    상기 정공 전달층의 상부에 형성되는 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하고,
    상기 정공 전달층은 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항의 형광체 단분자 화합물을 포함하는 유기 트랜지스터.
  13. 수용액 상에 광 촉매를 포함하며,
    상기 광 촉매는 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항의 형광체 단분자 화합물을 포함하는 물 분해 수소 생산 광 촉매 시스템.
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