A new artificial photosynthetic triad array, a [60]fullerene??triosmium cluster/zinc-porphyrin/boron-dipyrrin complex (1, Os3$C_{60}$/ZnP/Bodipy), has been prepared by decarbo-nylation of $Os_3(CO)_8(CN(CH_2)_3Si(OEt)_3)$($μ3-η^2:η^2:η^2-C_{60}$) (6) with $Me_3NO$/MeCN and sub-sequent reaction with the isocyanide ligand CNZnP/Bodipy (5) containing zinc porphyrin (ZnP) and boron dipyrrin (Bodipy) moieties. Triad 1 has been characterized by various spectroscopic methods (MS, NMR, IR, UV/Vis, photoluminescence, and transient absorp-tion spectroscopy). The electrochemical properties of 1 in chlorobenzene (CB) have been examined by cyclic voltammetry; the general feature of the cyclic voltammogram of 1 is nine reversible one-electron redox couples, that is, the sum of those of 5 and 6. DFT has been applied to study molecular and electronic structures of 1. On the basis of fluorescence-lifetime measurements and transient absorption spectroscopic data, 1 undergoes an efficient energy transfer from Bodipy to ZnP and a fast electron transfer from ZnP to $C_{60}$ ; the de-tailed kinetics involved in both events have been elucidated. The SAM of triad 1 (1/ITO;ITO=indium??tin oxide) has been prepared by immersion of an ITO electrode in a CB solution of 1 and diazabicyclo-octane (2:1 equiv), and characterized by UV/Vis absorp-tion spectroscopy, water contact angle, X-ray photoelectron spectroscopy, and cyclic vol-tammetry. Photoelectrochemical properties of 1/ITO have been investigated by a standard three-electrode system in the presence of an ascorbic acid, that behaves as a sacrificial elec-tron donor. Quantum yield of the photoelectrochemical cell has been estimated to be 29% based on the number of photons absorbed by the chromophores. The triad 1 is supreme when compared to previously reported photoinduced electron- transfer arrays, because $C_{60}$ is linked by $\pi$ bonding with little perturbation of electron delocalization in $C_{60}$.
Individual $TiO_2$ nanoparticles modified with 5,10,15,20-tetra[4-benzoic acid]-21H,23H-porphyrin ($H_2Pa$) and e,e,e-$C_{63}(COOH)_6-C_3$ ($C_{60}$a). Dye-modified $TiO_2$ nanoparticles were deposited on a nanostructured ITO/$SnO_2$ electrode by electrophoretic deposition. The dye-modified $TiO_2$ composite electrodes (ITO/$SnO_2$/$TiO_2$-$C_{60}$a, ITO/$SnO_2$/$TiO_2$-$C_{60}$a, $H_2Pa$) shows high absorbance in the visible region, exhibiting the photo response under visible light excitation using $I_3^-/I^-$ redox couple. An incident photon-to-photocurrent efficiency (IPCE) of 88% has been achieved at an applied bias potential of 0.1V versus SCE, which is the maximum among dye-modified $TiO_2$ electrodes.
($TiO_2$/Se)@CdSe has been synthesized via three major steps ; incorporating of $TiO_2$ na-noparticles into a-Se, conversion to $Ag_2Se$, and cation exchange to CdSe nanoparticles. The resulting ($TiO_2$/Se)@CdSe nanoparticles were deposited on a nanostructured ITO/$SnO_2$ electrode (ITO/$SnO_2$/($TiO_2$/Se)@CdSe) by electrophoretic deposition. This electrode exhi-bits high stability and reliability in photocurrent responses. The IPCE of ITO/$SnO_2$/($TiO_2$/Se)@CdSe electrode is much larger than these of the reference electrode (ITO/$SnO_2$/Se@CdSe) without containing $TiO_2$ nanoparticles inside. In particular, the max-imum IPCE value (12%) is yielded under the bias potential of 0.1V versus SCE, which is largely enhanced compared to the other CdSe-based Photovoltaic cells.
이 논문에서는 양쪽에 서로 다른 작용기가 결합된 연결고리를 이용하여 플러렌(Fullerene)금속클러스터-포피린(Porphyrin)-보디피(Bodipy) 화합물을 전극 표면 위에 고정화시켜 고른 자기조립 단분자층(SAM)을 형성하고 그 전기적 특성 및 태양전지로서의 응용에 관하여 연구하였다. 또한, 금속 산화물 $TiO_2$ 나노입자 각각에 플러렌 유도체와 포피린 유도체를 흡착시켜 전기증착을 통해 전극 표면 위에 증착시킨 후 태양전지로서의 응용에 관하여 연구하였다. 또한, Se@CdSe 입자에 $TiO_2$ 나노입자가 포함된 입자 형성 후 전기증착을 통해 전극 표면 위에 증착시킨 후 태양전지로서의 응용에 관하여 연구하였다.
먼저, $Me_3NO$/MeCN 으로 화합물 $Os_3(CO)_8(CN(CH_2)_3Si(OEt)_3)$($μ3-η^2:η^2:η^2-C_{60}$) 의 카르보닐기를 치환시킨 후, isocyanide 작용기가 있는 Zn-포피린-보디피 (5) 과 반응시키면 $Os_3(CO)_7(CNR)(CNR`)$($μ3-η^2:η^2:η^2-C_{60}$) (1; R = $(CH_2)_3Si(OEt)_3$, R` = ZnP/Bodipy) 가 얻어진다. 화합물 1은 다양한 분광 분석법을 이용하여 특성화 하였다. 화합물 1은 전기화학적으로 안정적이고 이성적이며 가역적인 9개의 산화, 환원 봉우리가 관측된다. Fluorescence lifetime 측정과 Transient abosorption 분광법을 이용하여 화합물 1내에서 보디피에서 Zn-포피린으로 에너지 전달이, Zn-포피린에서 $C_{60}$로 전자 전달이 충분히 일어남을 관측 할 수 있다. ITO 전극을 1 와 DABCO 의 2 : 1 혼합용액에 담그면 높은 덮힘률을 갖는 화합물 1 의 단분자층 (1/ITO) 이 형성된다.
광전기화학적 연구는 1/ITO 를 이용하여 표준 3-전극계에서 수행하였다. ITO 전극에 빛을 주사시키면 전자 공급체 존재 하에서 안정한 광전류가 흐르는 것을 관찰할 수 있으며, action 스펙트럼도 흡수 스펙트럼과 일치한다. 1/ITO 전지의 양자 수율은 29% 이다.
두번째로, 각각의 $TiO_2$ 나노입자에 포피린 유도체 ($H_2Pa$) 와 플러렌 유도체 ($C_{60}a$)를 흡착시킨다. 염료가 흡착된 각각의 $TiO_2$ 나노입자는 ITO/$SnO_2$ 전극에 전기증착을 통하여 증착시킨다 ($ITO/SnO_2/TiO_2-C_{60}a$, $ITO/SnO_2/TiO_2-(C_{60}a, H_2Pa$). 광전기화학적 연구는 표준 3-전극계에서 수행하였다. 전극에 빛을 주사하면 전자 공급체 존재 하에서 안정한 광전류가 흐르는 것을 관찰할 수 있다. 염료가 증착된 전극의 IPCE 값은 88% 이며, 이 결과는 기존의 관찰된 결과보다 1.5배 좋은 결과임을 알 수 있다.
마지막으로, 태양전지로서의 응용을 위해서 ($TiO_2$/Se)@CdSe 나노입자를 합성하였다. $TiO_2$ 나노입자가 포함된 콜로이드 구형 비결정성 Se 나노입자를 형성한 다음 Ag 원소를 이용한 합성을 통해 ($TiO_2$/Se)@$Ag_2Se$ 합성할 수 있으며, 양이온 교환반응을 통해서 ($TiO_2$/Se)@CdSe 으로 전환할 수 있다. 형성된 나노입자는 ITO/$SnO_2$ 전극에 전기증착을 통하여 증착시킨다 (ITO/SnO2/($TiO_2$/Se)@CdSe). 광전기화학적 연구에서 전극에 빛을 주사하면 전자 공급체 존재 하에서 안정적으로 광전류가 흐르는 것을 관찰할 수 있으며, IPCE 값은 12%이다. 이는 $TiO_2$ 나노입자가 포함되지 않은 참고 전극(ITO/$SnO_2$/Se@CdSe) 보다 3배 높은 값이며, 기존의 CdSe 나노입자에 기초한 연구보다도 높은 값임을 알 수 있다.
