화학과

          다중-엑시톤 생성과 상향변환 현상을 통한 고효율 발광소재 개발

자연과학대학 화학과 명창우 교수 연구팀이 동국대 아타누 자나 교수팀, 유니스트 김광수 교수팀과의 공동연구를 통해 매우 안정적인 0차원 유무기 하이브리드 무독성 녹색 발광 물질합성에 성공했다. 

이번 연구 결과는 재료 기술 분야 국제 저명 학술지 ‘Materials Chemistry Frontiers’(IF: 6.059)에 8월 31일 온라인판으로 게재됐다. (논문 제목: Upconversion and multiexciton generation in organic Mn(ii) complex boost the quantum yield to >100%)

다중 엑시톤 생성(multi-exciton generation)과 상향변환 (upconversion) 현상을 모두 나타내는 물질은 미래의 고효율, 저비용, 친환경 형광재료 및 광전자 재료로서 주목받고 있다. 

하지만 위 두 가지 성질을 모두 지닌 단결정 물질은 흔하지 않아 단결정 물질 내 저에너지 광자에 의한 다중 엑시톤의 생성 원리를 이해하고, 이러한 성질을 지니는 새로운 물질을 합성하는 것은 미래 발광재료 개발에 있어 매우 중요한 과제다.

이에 공동 연구팀은 다중-엑시톤 생성과 상향변환 현상을 모두 적용한 고효율 발광소재인 ‘[Me3NPh]2MnBr4’를 개발했다. ‘[Me3NPh]2MnBr4’은 유무기 하이브리드 단결정 중에서 가장 높은 최대 189%의 광발광(PL) 양자 수율(QY)을 보이며, 고효율 발광 소재로서 그 효과를 증명했다.

연구팀은 ‘[Me3NPh]2MnBr4’가 고효율 특성을 갖는 무연 0차원 하이브리드 재료 설계 및 합성에 활용돼 태양전지, LED 및 기타 광전자 장치의 성능을 향상시키는 길을 열 것으로 기대하고 있다. 

명창우 교수는 “적은 에너지를 통해 최대한 많은 발광효율을 얻는 것은 차세대 발광소재가 지향하는 핵심 목표들 중의 하나로서 이러한 성질은 다중 엑시톤 생성과 상향변환 현상으로 관측될 수 있지만 이에 대한 이론적 이해는 아직도 많이 부족한 수준”이라며, “앞으로도 더 많은 실험과 함께 양자현상을 정확하게 기술하는 이론 및 컴퓨터 시뮬레이션을 활용한다면 머지않아 곧 또 다른 차세대 고효율 광원 물질을 개발할 수 있을 것으로 생각한다”고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단 신진연구, KISTI, 스위스 슈퍼컴퓨팅 센터(CSCS)의 지원으로 수행됐으며, 아래 링크를 통해서 확인할 수 있다

□ 논문 링크: https://doi.org/10.1039/D2QM00447J