UNIST 연구진이 유기반도체 펜타센의 탄소 골격 가장자리에 보론-산소 결합을 연속적으로 삽입하는 합성법을 개발했다. 분자 바깥에 작용기를 붙이는 기존 방식과 달리, 골격 자체의 원자 배열을 조절할 수 있도록 한 것이 특징이다.

UNIST 화학과 박영석·민승규 교수팀은 18일 해당 연구 결과를 발표했다. 연구 결과는 화학 분야 국제학술지 Angewandte Chemie International Edition에 지난 4월 16일 온라인 게재됐다.

펜타센은 벤젠고리 5개가 직선 형태로 연결된 유기반도체 물질이다. 전하 이동 특성이 우수해 유기 트랜지스터와 센서, 태양전지, 발광 소재 연구 등에 활용돼 왔다. 다만 기존 유기반도체 연구는 탄소 기반 골격 외부에 작용기를 붙이거나 곁가지를 조절하는 방식이 중심이었고, 골격 내부에 원하는 원소를 안정적으로 삽입하는 데에는 한계가 있었다.

연구팀은 특정 위치에 아이오딘 원자를 도입하는 반응과 보론 시약 결합, 고리화 반응을 하나의 사이클로 구성했다. 이 사이클을 반복하면 벤젠고리를 단계적으로 확장하면서 펜타센 가장자리에 보론-산소 결합을 연속적으로 삽입할 수 있다는 설명이다.

연구팀은 이 방식으로 보론과 산소의 결합 위치가 서로 다른 펜타센 유도체 3종을 합성했다. 세 물질은 흡수하거나 방출하는 빛의 파장이 서로 달랐으며, 형광 양자수율은 모두 0.70 이상으로 나타났다. 형광 양자수율은 물질이 흡수한 빛을 다시 빛으로 방출하는 효율을 뜻한다.

연구팀은 이번 합성법이 높은 발광 효율이 필요한 발광형 유기반도체와 형광 센서, 광전자 소재 분야 등에 활용될 가능성이 있다고 설명했다. 반복 합성을 통해 분자 길이와 결합 배열을 조절할 수 있다는 점도 특징으로 꼽았다.

박영석 교수는 “연속적인 보론-산소 결합을 갖는 새로운 아센 유도체를 단계적으로 합성할 수 있는 방법을 제시했다”며 “유기반도체 분자의 화학적 다양성을 넓히고 설계·합성 연구에 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.